论文部分内容阅读
基于自身优越的物理化学特性,铌及铌合金在高于传统镍基、铁基和钴基合金工作的极限温度几百度以上时仍具有较好的强度和性能,因此被视作21世纪替代传统高温合金的优选材料。然而铌及铌合金抗氧化性能较差,纯金属铌甚至在600℃左右就开始迅速发生“pest”氧化现象,这严重制约了其在工业生产中的应用,迫切要求研究人员改善铌及铌合金的高温抗氧化性能。在铌基材料表面涂覆防护涂层是提高其高温抗氧化性能的有效途径。本文以纯铌材料作为基体材料,围绕铌基抗氧化Mo Si2涂层及Mo-Si-B复合涂层的设计和制备、基体与涂层之间的界面行为、涂层的抗氧化性能等内容进行了探讨,采用OM、XRD、SEM等检测技术对材料的微观结构进行表征。主要研究结果如下:(1)以涂层的孔隙率和硬度为优化目标,通过优化设计,获得大气等离子喷涂方法在纯铌表面制备Mo涂层最优工艺参数为:喷涂电压60V,主气流量45L·min-1,喷涂距离120mm,送粉速率68g·min-1。在此工艺参数下喷涂Mo涂层的孔隙率为2.5%,显微硬度为315.3HV0.5。经过真空热处理(1850℃×1h)后,Mo涂层致密度明显提升,孔隙率由9.6%降低为0.9%。热处理过程中Mo涂层与Nb基体发生互扩散,产生冶金结合,改善了涂层与基体之间的热匹配性能,增加了涂层和基体之间的结合。(2)通过在热处理的铌基Mo层表面包埋渗Si及Si-B共渗,制备了Mo Si2涂层和Mo-Si-B复合涂层。确定了最佳的包埋渗工艺为:1050℃×5h;渗Si后涂层由表及里依次为Mo Si2→Mo5Si3→Mo→Nb-Mo合金层;Si-B共渗后,涂层由外向内依次为Mo Si2→Mo5Si3-Mo B→Mo3Si→Mo→Nb-Mo合金层。(3)Mo Si2涂层及Mo-Si-B复合涂层的高温氧化性能表明,两种涂层氧化动力学均遵循抛物线规律,但Mo-Si-B复合涂层的抗氧化能力较Mo Si2涂层有所提高。添加B后能够在涂层中形成流动性较好的B2O3-Si O2混合相氧化层,B2O3-Si O2混合相能够修复涂层中的微裂纹及孔洞,使涂层具有一定的自愈能力;并且能够降低涂层与基体之间的氧分压,阻止O进一步向基体内部扩散,对基体起到保护作用。