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Nb521合金表面颗粒改性Si-Cr-Ti涂层的高温抗氧化性能与组织演变行为研究

Nb521合金表面颗粒改性Si-Cr-Ti涂层的高温抗氧化性能与组织演变...

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作者：赵科遥西安理工大学

学位级别：硕士

随着航空航天以及核工业的发展,对高温结构材料的力学性能提出了更高的要求,难熔金属及其合金具有很高的熔点,并且其高温力学性能优异,能够满足航空航天以及核工业高温部件的应用需求,然而难熔金属及其合金在远低于服役温度时便会发生... 详细信息

随着航空航天以及核工业的发展,对高温结构材料的力学性能提出了更高的要求,难熔金属及其合金具有很高的熔点,并且其高温力学性能优异,能够满足航空航天以及核工业高温部件的应用需求,然而难熔金属及其合金在远低于服役温度时便会发生灾难性氧化,因此需要对其进行涂层保护,现阶段难熔金属表面应用最为广泛的防护涂层为采用真空反应烧制方法制备的硅化物涂层。为了保证涂层的成膜质量,采用真空反应烧制方法制备的涂层中W、Mo等高熔点元素的含量非常低,因此涂层中MoSi2和wsi2这类具有优异高温抗氧化性能的陶瓷相含量非常低,进而使得涂层在超高温条件下的抗氧化性能不如MoSi2和wsi2;另一方面,硅化物涂层韧性较差,且与难熔合金基体的热膨胀系数相差较大,在冷热交替的环境下容易因为热膨胀系数不匹配产生贯穿裂纹,加速涂层的氧化失效过程。针对上述问题,本文开展了 Nb521合金表面颗粒改性Si-Cr-Ti涂层的高温抗氧化性能与组织演变行为研究。采用料浆熔烧法在Nb521合金表面制备了 Si-Cr-Ti涂层,并测试涂层在1500℃和1600℃的恒温氧化实验。结果表明,涂层在1500℃时具有良好的高温抗氧化性能,其原因是在涂层表面形成了一层以SiO2为主体且掺杂有TiO2、Nb2O5以及Cr2O3等金属氧化物颗粒的混合氧化膜,这层氧化膜具有良好的保护性,能在高温氧化条件下隔绝氧气与基体的直接接触,并且因为SiO2在高温条件下发生软化具有良好的流动性,能够填充金属氧化物在高温中被消耗或挥发时留下的孔洞。当氧化温度上升至1600℃时,Nb521合金表面涂层的氧化速率明显加快,涂层主体中参与生成氧化膜的高硅相消耗过快导致了涂层发生快速退化;另一方面,涂层/基体的截面反应在1600℃明显加剧,也是导致涂层发生快速退化的重要原因。通过添加wsi2陶瓷颗粒提升涂层的高温性能,研究了涂层在1500℃以及1600℃的恒温氧化实验,结果表明,wsi2添加后,能够在涂层表面形成一层纯度较高的SiO2玻璃膜,这种氧化膜的流动性更好,能够更快更迅速的修补涂层中的缺陷,从而获得更好的抗氧化能力。对两种涂层的高温抗热震性能进行了表征分析,掺杂wsi2陶瓷颗粒涂层能够生成更加纯净的氧化膜这一优点更加明显,能够迅速的修补层中的热震裂纹,防止热震裂纹在涂层中大量伸展导致涂层的失效,延长涂层在高温下的热震循环次数,并且wsi2的添加也改善了涂层的力学性能,使Si-Cr-Ti-wsi2涂层的抗热震性能进一步提升。

关键词：硅化物涂层掺杂改性 wsi2陶瓷颗粒高温抗氧化性能高温抗热震性能

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