铌合金硅化物涂层的制备工艺及改进途径

铌及铌合金以其熔点高、耐腐蚀和良好的高温强度成为重要的高温结构材料,但高温抗氧化性能较差是制约其应用的关键问题。本文论述了铌合金高温抗氧化硅化物涂层的研究进展,并阐述了不同制备方法的硅化物涂层形成机理和相应的抗氧化性能,分析了研究中面临的问题,并提出了解决途径。     

铌钨合金材料在液体火箭发动机上的应用

为探索铌钨合金在液体火箭发动机上的应用，针对我国研制成功的Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金进行了高温性能试验及抗高温氧化涂层的研制，铌钨合金及涂层在高温时的组织结构分析及相关工艺试验。结果表明：Nb-5W-2Mo-1Zr铌钨合金及抗氧化涂层可用于液体火箭发动机。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。     

高温合金纳米晶涂层的发展

高温合金纳米晶涂层是一种新的高温合金防护涂层体系.与目前通常采用的涂层不同,其成分与基体合金基本相同,有良好的抗氧化性能,且避免了传统涂层高温使用后在涂层与基体间因互扩散形成的脆性有害相.高温合金纳米晶涂层是在研究晶粒度对合金抗氧化性能影响的基础上发展起来的.本文综述了国内外对晶粒细化影响铁基合金、金属间化合物、高温合金等氧化性能的研究概况,重点介绍了高温合金溅射纳米晶涂层的研究结果.     

MoSi2 涂层高温抗氧化性能和微观组织

采用真空阴极电弧沉积工艺在铌钨合金喷管内、外表面和铌钨合金试样表面沉积了Mo层,采用真空包渗工艺使Mo层硅化生成MoSi2涂层。利用扫描电子显微镜、能谱、XRD、金相显微镜对Mo层和MoSi2涂层表面和断面微观形貌、结构进行了分析。分析表明:MoSi2涂层的相结构由外向内大致可分为外层(MoSi2)、中间层(NbSi2)和过渡层(Nb5Si3)。高温抗氧化试验结果表明:MoSi2涂层在大气环境下1 800℃的静态抗氧化性能达到了30 h,室温至1 700℃循环热震1 376次。考核热试车情况:发动机在温度1 450℃累计工作了415s,在1 610℃工作了100 s,涂层状况完好。     

航天材料及工艺研究所金属材料及特种工艺加工事业部

航天材料及工艺研究所金属材料及特种工艺加工事业部主要从事我国导弹,航天运载火箭型号产品所用黑色金属,有色金属,金属基复合材料,高温抗氧化涂层及特种加工工艺研究和型号产品的研制,生产.多年来,紧密结合航天型号的发展,逐渐形成了具有航天特色的金属材料研制和特种工艺的开发.在箭体、弹体用铝合金，铝锂合金，硼铝复合材料，钛合金，发动机喷管用铌合金，发动机燃烧室铜合金（铜锆合金，铜银锆合金）。     

铌合金MoSi2抗氧化涂层制备及组织性能分析

在铌合金棒试样上喷涂Mo粉高温烧结制得Mo层，然后在添加活化剂的Si粉中扩散渗制得Mo-Si2涂层。微观形貌分析表明涂层均匀致密，通过扩散与基材形成过渡层，结合力较好。抗氧化及抗热震试验验证了MoSi2涂层具有良好的综合性能。长时间氧化试验后涂层表面生成比较纯的玻璃质SiO2层，不仅隔绝氧气，也能填补涂层表面空隙。     

改善TiAl合金高温抗氧化性能的研究进展

综述了改善TiAl合金高温抗氧化性能的近期研究进展,着重介绍了合金元素对TiAl合金高温抗氧化性能的影响、表面改性及抗氧化涂层对改善其高温抗氧化性能的作用等.综合来看,通过合金化并结合先进的表面防护方法是改善TiAl合金800℃以上高温抗氧化性能的非常有效的途径.     

高强度耐氧化高温铌合金

美国威斯顿豪斯电气公司发明了一种抗氧化的高温铌合金,并在欧洲共同体组织取得了专利权。该合金由铌合金粉末和铌金属间化合物粉末混合后用热等静压方法制成。这种用粉末冶金方法制成的铌合金的成分(按体积%)为:铌合金粉末55%～90%,粉末状金属间化合物10%～45%。金属间化合物为NbAl_3、NbFe_2、NbCO_2和NbCr_2,可以     

Ni3Al基合金IC6的防护涂层研究

采用离子电弧镀的方法在Ni3Al基合金IC6上制备了NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf三种不同成分的MCrAⅨ包覆涂层,观察了涂层的微观组织,测试了带涂层试样的拉伸和高温持久等主要力学性能以及抗氧化和抗腐蚀性能.实验结果表明涂层与合金基体的结合良好,各涂层均由γ′,γ,β和α-Cr组成.扩散处理后,基体材料与涂层发生了元素的互扩散.NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对IC6合金的高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能均有明显改善,NiCoCrAlYHf涂层在改善腐蚀性能方面效果更显著,NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对合金的力学性能影响不大,而高Cr含量的NiCrAlY由于在高温下对IC6合金的持久性能影响较大,不适用于IC6合金.本研究条件下的NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层能对IC6合金起到很好的防护作用.     

C－103铌合金上Si－Cr－Ti料浆熔烧涂层的改性研究

 进行了Ｃ－１０３铌合金上的Ｓｉ－Ｃｒ－Ｔｉ料浆熔烧涂层改性研究,在涂层料浆中添加活性元素锆（Ｚｒ）和惰性氧化物（Ｙ＿２Ｏ＿３）。通过实验,确定了改性方法的工艺参数。改性后的涂层其抗氧化性能有明显提高。利用现代测试技分析了涂层的结构、元素分布、相分布。初步讨论了该涂层的抗氧化机理。     

新型低密度Nb-Ti合金抗氧化涂层制备及组织性能分析

针对新型低密度Nb-Ti合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Ti系抗氧化涂层研究,重点分析了所制备涂层抗氧化性能和微观组织在氧化前后的变化。结果表明,1 200℃下涂层寿命大于10 h,涂层抗热震性能良好;涂层与基体之间形成一层扩散层,保证了涂层的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面生成一种隔绝氧气填补涂层表面空隙的玻璃质SiO_2层,因而具有良好的抗氧化性能。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。特种金属材料及工艺事业部现有高性能金属材料及工艺技术、粉末冶金材料及工艺技术、姿/轨控发动机材料及工艺技术、精密成型加工、电铸工艺技术以及溅射靶材制备技术共六个专业组。在职人员70余人,其中硕士以上学历人员占一半以上,拥有一支高素质的专业技术和经营管理团队,专业从事基础材料和高技术航天金属材料研究、特种工艺产品研发以及航天产品生产。通过了军品质量体系认证,取得了武器装备科研生产许可证,并承担总装备部、国防科工委预先研究、国家"863"高新技术等科研课题,先后取得国家、部委科技进步奖130多项。     

重型运载火箭发动机涡轮部件富氧燃气通道高温防护涂层技术研究

针对液体火箭发动机富氧燃气通道的传统搪瓷涂层在高温、高压、高速燃气冲刷工作环境下存在的开裂和脱落问题,对金属陶瓷复合涂层进行了高温氧化防护技术研究。采用喷涂和真空烧结工艺在高温合金基材表面制备了金属陶瓷复合涂层,对其组织结构、物理特性和高温抗氧化、热震、抗火焰冲刷性能进行了分析和试验。结果表明,金属陶瓷复合涂层通过真空热扩散形成了多孔组织,在1000℃氧化和冷热交变环境下表现出优异的抗氧化、抗热震性能,能够承受1100℃、1马赫燃气冲刷。     

镍铝涂层晶粒细化与金属氧化物掺杂改性研究

包埋渗铝获得的镍铝涂层是一种最早使用的Al_2O_3膜热生长型高温涂层。自20世纪50年代应用于航空发动机热端部构件的高温防护以来,进一步提高其抗高温氧化性能的机理和技术研究延续至今。基于对合金氧化及Al_2O_3膜热生长机制的理解,提出了晶粒细化与特定金属氧化物掺杂可提升镍铝涂层抗氧化性能的观点,介绍了涂层晶粒细化与金属氧化物弥撒掺杂方法,讨论了这些结构和成分改性影响涂层抗高温氧化性能的关键因素:包括Al_2O_3膜生长速度、亚稳态相向稳态相转变、涂层的黏附性以及涂层与合金基体的互扩散。这些新的研究结果有望为进一步挖掘渗铝涂层的应用潜力、延长其服役寿命提供理论和试验基础。     

DZ125合金真空电弧镀沉积复合涂层技术

采用真空电弧镀技术(arc ion plating,AIP)在DZ125定向高温合金基体上制备60μm沉积-扩散型复合涂层(NiCrAlYSi+AlYSi)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析涂层的组织及结构,涂层外层形成大量的β-NiAl相,涂层中Al浓度自外向内逐渐降低,形成具有浓度梯度的复合涂层,有利于高温下涂层表面形成致密的Al2O3保护膜,提高表面保护膜的自愈能力。对沉积-扩散型复合涂层的试样进行1150℃抗氧化实验和900℃抗热腐蚀等实验,评价其抗氧化、抗腐蚀性能,对涂层氧化速率及腐蚀速率进行表征。结果表明:复合涂层明显改善了合金的抗高温氧化性能,承温能力明显提高,寿命延长。     

溅射沉积高温合金涂层的抗高温氧化行为

本文介绍了在一种高温合金上以磁控溅射方法沉积制备与基体高温合金成分相同的涂层，并对其抗高温氧化行为进行了研究。研究结果表明，涂层的结构为微晶柱状晶，具有这种结构的高温合金涂层能大幅度提高基体合金的抗高温氧化性能，而且在涂层表面形成的氧化物防护膜具有良好的粘附性。     

电弧离子镀Al扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在HY3(NiCrAlYSi)涂层与镍基高温合金(K5合金)之间沉积一层Al薄膜经过马弗炉870℃加热1h形成Al2O3作为扩散障层,研究了Al2O3对HY3(NiCrAlYSi)涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:Al2O3有效阻止基体与涂层之间的元素互扩散,提高了HY3(NiCrAlYSi)涂层和K5合金的抗高温氧化性能。