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磷酸表面处理复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金抗氧化性能的影响

任保轶 , 刘子孺 , 高艳慧 , 张学军

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2013.05.013

研究磷酸表面处理和复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金600℃下空气中抗氧化性能的影响.结果表明:600℃氧化24h后,磷酸表面处理使Ti-6Al-4V合金平均氧化速率下降了近75%,复合非晶SiO2涂层样品600℃等温氧化100h后,平均氧化速率比空白样品降低一个数量级,抗氧化性能与单独的磷酸处理比较进一步提高.磷酸表面处理和复合SiO2涂层样品的氧化膜致密性增强且与基体的黏附性良好,二者氧化膜中TiO2的体积分数均低于空白样品.磷酸表面处理形成的TiP2O7层与SiO2涂层共同抑制了O的内扩散和Ti的外扩散.

关键词: 磷酸处理 , SiO2涂层 , 等温氧化 , Ti-6Al-4V合金

La2(Zr0.7Ce0.3)2O7——新型高温热障涂层

牟仁德 , 许振华 , 贺世美 , 何利民 , 曹学强

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2009.07.017

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了新型La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 (LZ7C3)热障涂层.研究了涂层的组分、显微结构、表面和横截面形貌以及恒温氧化行为.结果表明:涂层中La2O3/ZrO2/CeO2的相对含量偏离了化学计量比,但X 射线衍射(XRD)相结构与靶材非常相似.通过CeO2 掺杂后,LZ7C3体材料的热膨胀系数比La2Zr2O7 (LZ)大;在1100℃恒温氧化890h的条件下,LZ7C3涂层的抗氧化增重性能明显优于传统的Y2O3部分稳定化的ZrO2(8YSZ)涂层.此外,热膨胀不匹配、黏结层氧化和陶瓷涂层内部微观裂纹的出现可能是导致LZ7C3涂层恒温氧化失效的主要原因.

关键词: 热障涂层 , EB-PVD , 等温氧化 , La2(Zr0.7Ce0.3)2O7

NiCrAlY涂层对单晶镍基合金高温氧化行为的影响

田素贵 , 卢旭东 , 王涛 , 朱德刚

材料热处理学报

通过对有无NiCrAlY涂层镍基单晶合金进行不同温度的恒温氧化动力学曲线测定及组织结构观察,研究了纳米晶NiCrAlY涂层对高Cr单晶镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明:在高温氧化期间,无涂层试样发生明显的氧化、内氧化和内氮化,在表层为Al2O3、Cr2O3的混合氧化物,在次表层氧化物中富含元素Ta,而元素Al贫化,并在近基体区域存在内氧化物;随氧化温度升高,元素Al的贫化区尺寸增大,其中,富Ta相可抑制基体中元素Al向外扩散,延缓合金的氧化速率。合金在氧化初期增重迅速,而恒温氧化增重动力学曲线呈现起伏波动的原因,归结于表面氧化膜的形成与剥落。高Cr单晶合金经溅射NiCrAlY纳米晶涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;有涂层试样在不同温度的恒温氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,其形成的Al2O3氧化膜不发生明显的剥落,仅在基体近涂层/基体界面区域存在少量AlN内氮化物。

关键词: 镍基单晶合金 , NiCrAlY涂层 , 等温氧化 , 内氮化

等离子喷涂热障涂层高温TGO的形成与生长研究

刘小菊 , 王腾 , 李偲偲 , 李强

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.11.015

目的 研究热障涂层( TBC)和纯粘结层( BC)在1100 ℃下的氧化动力学,探讨热障涂层中热生长氧化物( TGO)组织结构的演化规律. 方法 运用大气等离子喷涂技术( APS)制备涂层,对比分析热障涂层和纯粘结层涂层在1100 ℃下等温氧化2 ,5 ,10 ,20 ,50 ,100 ,200 ,350 h后TGO的厚度变化,并对粘结层表面和热障涂层截面分别进行XRD和SEM分析. 结果 热障涂层和纯粘结层在1100 ℃下的氧化动力学均遵循抛物线规律,其氧化速率常数分别为0. 344,0. 354 μm/h0. 5. 等温氧化5 h后,TGO的主要成分为α-Al2 O3;随氧化时间的增加,生成Cr2 O3、尖晶石、CoO和NiO的混合氧化物;等温氧化100 h后,CoO消失,NiO的含量减少,Cr2 O3 和尖晶石氧化物的含量增加;等温氧化350 h后,TGO中出现了裂纹,但涂层仍未剥落,TGO最终由顶层多孔的混合氧化物层和底层具有柱状晶结构的α-Al2 O3 层组成. 结论 顶层陶瓷层( TC)对热障涂层氧化速率常数的影响很小. TGO中α-Al2 O3 首先形成并以柱状结晶的方式生长,混合氧化物在α-Al2 O3 上形成,TGO生长速度逐渐变缓.

关键词: APS , 热障涂层 , 等温氧化 , 热生长氧化物 , 生长动力学 , 微观结构

纳米SiCp增强NiCoCrAlY涂层的组织和抗氧化性能

王宏宇 , 左敦稳 , 黎向锋 , 余亚平 , 蒋艳

材料科学与工艺

为了研究纳米SiCp对NiCoCrAlY涂层的组织和抗氧化性能的影响,采用激光熔覆技术在镍基高温合金表面制备了4种不同含量纳米SiCp增强的NiCoCrAlY熔覆涂层,考察了它们的组织及其在1050℃下的等温氧化行为,并初步分析了纳米SiCp的影响机制.结果表明,加入纳米SiCp涂层的组织和抗氧化性能较未加纳米颗粒的涂层均得到了不同程度的改善.其中,添加质量分数1%的纳米SiCp对涂层组织和抗氧化性能的改善作用最为显著.纳米SiCp的加入,不仅改变了界面处的结晶形态,而且细化了熔覆层的组织.熔疆层组织的细化对提高涂层的抗氧化性能有着积极的作用.

关键词: MCrAlY涂层 , 激光熔覆 , 纳米SiCp , 显微组织 , 等温氧化

2D-C/C复合材料氧化动力学模型及其氧化机理

郭伟明 , 肖汉宁 , 田荣一安

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.01.008

用热重法研究了二维炭/炭(2D-C/C)复合材料的等温氧化,提出了氧化动力学模型,用SEM观察了样品不同氧化程度的微观形貌,并探讨了材料的等温氧化机理.氧化分2个阶段: 线性氧化阶段,氧化失重率小于约65%,氧化速率处于稳定状态;非线性氧化阶段,氧化失重率约大于65%,氧化速率急剧减小.Arrhenius曲线由折点在800~850 ℃之间的2条直线组成.线性氧化阶段,活化能分别为217.2 kJ/mol和157.0 kJ/mol;非线性氧化阶段,反应级数分别为0.55和0.65,活化能分别为219.3 kJ/mol和182.0 kJ/mol.通过实验验证,氧化动力学模型可以较好地预测材料的恒温氧化.氧化从炭纤维与基体炭的界面开始,基体氧化快于纤维,氧化后期主要是纤维的氧化.在750~800 ℃,氧化为化学反应控制;在850~905 ℃,氧化由化学反应和气体扩散共同控制,但非线性氧化阶段气体扩散对氧化的贡献小于线性氧化阶段.

关键词: 2D-C/C复合材料 , 等温氧化 , 动力学模型 , 活化能

两种IC-6高温合金防护涂层的氧化行为

王冰 , 孙超 , 黄荣芳 , 闻立时

腐蚀学报(英文) doi:10.3969/j.issn.1002-6495.2001.z1.031

研究了IC-6高温合金及其防护性涂层NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层在900~1100℃时的氧化.结果表明:沉积NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层后大大改善了IC-6合金的抗氧化性.在1000和1100℃时,NiCrAlY涂层的抗氧化性优于NiCoCrAlY涂层.900℃时,NiCrAlY涂层氧化膜主要是α-Al2O3,同时还含有少量的Cr2O3;而NiCOCrAlY涂层氧化膜为单一的α-Al2O3,但由于NiCoCrAlY涂层表面氧化膜不致密,降低了涂层的抗氧化性.1000℃氧化时,NiCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层的氧化膜主要由α-Al2O3和Cr2O3构成.

关键词: 电弧离子镀 , IC-6高温合金 , 等温氧化 , MCrAlY涂层

纳米CeO2p对镍基高温合金表面NiCoCrAlY激光熔覆涂层氧化行为的影响

王宏宇 , 左敦稳 , 王明娣 , 邵建兵

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2009.08.012

米CeO2p涂层的质量增加仅为1.56 mg/cm2,较未加纳米颗粒的涂层减少一半以上;同时,涂层进入稳态氧化所需要的时间极短,仅为未加纳米颗粒的涂层的1/20;此外,涂层氧化膜在长时间氧化后仍很致密,涂层内部仅出现轻微的内氧化,而相同氧化条件下的未加纳米颗粒的涂层的氧化膜已趋于失效.

关键词: NiCoCrAlY涂层 , 等温氧化 , 纳米CeO2p , 影响机制 , 激光熔覆 , 镍基高温合金

Sc对CoNiCrAl合金高温氧化性能的影响

汪海锋 , 张玉朵 , Salam Shahzad , 柳文波 , 杨志刚 , 张弛

稀有金属 doi:10.13373/j.cnki.cjrm.XY15052501

通过等温氧化及循环氧化实验研究了活性元素Sc对CoNiCrAl合金高温氧化动力学、氧化层/基体界面结合力的影响.在1150℃温度下进行了100次1h循环氧化实验及5,30,50,640,1000h等温氧化实验.结果表明:添加活性元素Sc能明显降低氧化膜的生长速度,改善氧化层/基体界面结合力,Sc元素添加量的不同对合金高温氧化行为的影响也不同.等温氧化中,原始合金的氧化速率常数为2.5 ×10-5μm2·s-1,添加0.1%Sc(原子分数,下同)的合金的氧化速率常数降低到原始合金的22.2%,添加0.2%Sc元素的合金的氧化速率常数降低到原始合金的44.4%.原始合金经过5h等温氧化后的剥落比例就达到35%,经过30 h等温氧化后剥落比例达到95%;添加Sc元素之后,在氧化时间低于640 h时,氧化层的最大剥落比例为11.6%;当氧化时间达到1000 h时,添加0.1%Sc元素的合金的氧化层剥落比例增加到23.6%,添加0.2% Sc元素的氧化层剥落比例增加到68.5%.在循环氧化实验中,原始合金在循环氧化实验中经过1次循环之后重量就出现下降,而添加0.1%Sc及0.2% Sc元素的合金分别经过25和53次循环之后重量才开始下降.相对于原始合金在循环氧化过程中观察到的氮化现象,添加Sc元素的合金基体组织完好,没有受到破坏.

关键词: 高温合金 , 活性元素 , 等温氧化 , 循环氧化

EB-PVD热障涂层等温氧化过程中的界面韧性变化

徐前岗 , 唐建新 , 王宁 , 陆峰 , 吴学仁

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2004.02.010

用压入法测试了电子束物理气相沉积热障涂层在1100℃等温氧化过程中的界面韧性,该热障涂层体系的界面韧性(Гi)在38~45J/m2之间.在等温暴露过程中,界面韧性Гi变化较小;但由于TGO增厚引起涂层的弹性应变能(G0)快速增长,使得归一化的界面韧性(Гi/G0)随暴露时间而急剧降低,逐渐趋于1.结果表明,粘结层的热生长氧化物(TGO) 的增厚是热障涂层失效的一个重要原因.

关键词: 热障涂层 , 界面韧性 , 等温氧化

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