【摘 要】
:
C/C复合材料是一种重要的高温结构材料,具有密度低、热膨胀系数低、比强度高、抗热震性能优异等特点,可以应用于航空航天、医学等多种领域,是最具有发展前途的高温材料之一。但是C/C复合材料在温度高于450℃的有氧环境中会被快速氧化,导致机械性能大大下降,从而限制了它们作为高温结构材料的使用。涂层改性是提高C/C复合材料抗氧化性最有效的技术手段,以ZrB2为代表的超高温陶瓷(UHTCs)具有熔点高、化学
论文部分内容阅读
C/C复合材料是一种重要的高温结构材料,具有密度低、热膨胀系数低、比强度高、抗热震性能优异等特点,可以应用于航空航天、医学等多种领域,是最具有发展前途的高温材料之一。但是C/C复合材料在温度高于450℃的有氧环境中会被快速氧化,导致机械性能大大下降,从而限制了它们作为高温结构材料的使用。涂层改性是提高C/C复合材料抗氧化性最有效的技术手段,以ZrB2为代表的超高温陶瓷(UHTCs)具有熔点高、化学稳定性好、抗热震及抗氧化性好等优点,被广泛地用作C/C复合材料抗氧化烧蚀涂层。包埋法和大气等离子喷涂法是两种常用的涂层制备方法,能够制备粘结性较好成分均匀的涂层试样,多用于陶瓷涂层制备中。本论文以C/C复合材料作为基体材料,SiC粘结层主要用来缓解ZrB2基陶瓷涂层与C/C复合材料之间的热失配问题。采用包埋法在C/C基体表面制备ZrB2-SiC涂层,研究不同包埋工艺(成分和温度)对涂层物相、结构、形貌、性能影响;采用大气等离子喷涂法制备了不同成分改性的ZrB2基陶瓷涂层(ZrB2-SiC、ZrB2-Ti B2),研究不同成分对ZrB2基陶瓷涂层形貌结构影响及其在1200℃的氧化失效行为。研究表明:Si含量分别为5 wt.%、10 wt.%、15 wt.%的Zr、Si、B4C混合粉末在1800℃条件下制备的涂层表面形貌相似,由灰色?-SiC颗粒和白色团簇网状ZrB2颗粒组成,当Si含量为10 wt.%时制备的涂层抗氧化性能最好,在1200℃等温氧化1 h后失重率为5.43 wt.%;而在1600℃和1700℃制备的Si含量为10 wt.%的ZrB2-SiC涂层形貌发生了变化,生成了灰色团聚β-SiC相和弥散分布的白色ZrB2相,1700℃制备的涂层最为均匀致密,抗氧化性能最好,氧化1 h后失重率为1.43 wt.%。总的来说,包埋法制备ZrB2-SiC涂层工艺简单,但制备的涂层成分不均、致密性差,且涂层较薄,难以有效覆盖基体表面,较难发挥ZrB2-SiC涂层的抗氧化能力。采用大气等离子喷涂法制备的不同成分改性的ZrB2基陶瓷涂层,在1200℃等温氧化5 h后,ZrB2-SiC涂层仍有2.62 wt.%增重量,涂层抗氧化性能大幅度提升,主要由于SiC的添加降低了涂层热膨胀系数,缓解热失配,提升了涂层结合强度;而且氧化后形成致密的硼硅酸盐熔融玻璃表面,填充了涂层裂缝、孔洞,为基材提供更为优异的抗氧化防护。而ZrB2-Ti B2涂层表现出较差的抗氧化性,氧化5 h后,失重量达到18.76 wt.%,ZrB2-Ti B2涂层极差的抗氧化性是因为Ti B2的引入改变了涂层的形貌,氧化后形成疏松多孔的组织结构,无法有效隔绝氧气。
其他文献
光伏产业的发展带来晶硅材料的巨大需求。多晶硅作为生产光伏太阳能电板的原材料目前市场需求量已超过20万吨,然而目前市场的制备工艺对以多晶硅为主的太阳能光伏电板的一次利用率仅为65%左右,未使用的废弃料需要通过再提纯工艺进行再生制造利用。随着大规模集成电路工业化的发展,以砷(As)作为掺杂剂制备N型半导体硅材料的市场需求量不断增加。As是多晶硅中一种典型的非金属元素,在多晶硅中稳定的掺杂As有利于提高
海洋油气是保障我国国家安全的重要战略资源,浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)作为海洋油气开发的主力装备之一,广泛应用于我国渤海和南海海域。软刚臂单点系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)是实现FPSO定位的重要装置,能够保证海洋平台的长期稳定工作和安全生产。由于结构的复杂性和长期承受多
传统合金在过去几十年的研究中已经趋于饱和,很难再有进一步的突破。因此,自高熵合金的概念提出以来,便如雨后春笋般获得广泛研究。但目前仍然存在很多关键的问题需要解决,例如强度和塑性不能达到良好的平衡,并且高熵合金的制备成本比较高昂也很难大批量的生产,因此限制了它在工业中的生产应用。本课题拟在前人研究的基础上,选择具有单一FCC结构的CoFeNi2V0.5高熵合金作为研究基体,通过向其添加大原子尺寸的A
使用光纤激光切割机进行狭缝光栅等精密件的加工与制备是当下的常用措施,并且随着科技的发展与进步,工程材料种类也愈加丰富,其高反光和高热传导性使得激光切割板材的难度有所增加。本研究所用材料为铜-钢层合板,在激光加工时面临着激光吸收率低、切缝过宽及热影响区大的问题。因此提出了激光预处理法,进行了加工原理分析、仿真分析及预处理实验验证,检测了预处理的表面质量,基于预处理进行了切割实验及质量检测并成功制备了
石油化工行业是国民经济的支柱产业,关系到国计民生。在现有的工艺装置和产品结构下,企业为了应对市场风险,需要开辟新的发展道路:提高产品质量,生产合格的清洁燃料,生产高附加值精细化工产品,以保证公司的生存和发展。目前国内炼厂产能过剩,化工品存在缺口,为了解决这一问题,需将炼油向化工转变,降低过剩的油品产量,转向增加生产化工品。目前,原油组分偏重是一个显著的问题,且日趋重质化,对原油的利用提出了挑战,因
S400E高强度不锈钢是一种新型的以P元素和其他合金元素为主的索氏体不锈钢,与地震地区和海洋工业中常用的12Cr13马氏体不锈钢相比,其在中国已经开发出来,且具有更好的耐腐蚀性能,使用成本低。已有研究指出,由于P元素的添加,S400E索氏体不锈钢具有良好的机械性能,耐腐蚀性和可焊接性。然而,关于P元素对S400E索氏体不锈钢微观结构和腐蚀性能上的作用还有深入研究。因此,本文以新型索氏体不锈钢S40
Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金属于近α型钛合金,具有中强、高塑、高韧、耐蚀、焊接性优良等特点,是一种理想的海洋环境用金属材料。为制定钛合金合理的热加工工艺、调控钛合金零构件微观组织和性能,对钛合金的热变形行为以及组织演变及动态相变规律进行研究具有重要理论意义和应用价值。本文以Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金为研究对象,对其在温度为855℃~1015℃,应变速率为0.0
铝合金由于其轻量化,逐渐被应用于诸多领域中。随着航空航天的发展,对于耐高温铝合金性能的研究逐渐受到科研人员的关注,而蠕变裂纹扩展是其中重要性能之一。传统的二维观察手段得到了很多重要的蠕变裂纹扩展信息,但一些三维的信息无法通过二维的方法获得。在本工作中,对蠕变裂纹扩展行为研究的同时,利用基于计算机成像的同步辐射X射线断层扫描对蠕变裂纹尖端进行了研究。本文利用直流电位法等方式探究了试样厚度即面外拘束对
γ’-Ni3Al共格纳米粒子强化的Ni基高温合金是航空航天、石油化工等领域的重要工程结构材料。其承温能力的提升对于发动机工作效率的提高至关重要。另一方面,对重要参数例如十多种合金元素之间复杂的相互作用、微观组织稳定性、抗氧化和热腐蚀能力、成本等的考量,大大阻碍了高温合金成分的优化或者设计研发进展。同时,在国际上已经有完整成熟的成分设计方法的前提下,发展中国自己的成分设计方法,缩短Ni基高温合金的研
随着海洋油气资源需求的增加,海上锚泊活动对油气开采工程的影响日益受到重视。可采用水下沉箱保护水下生产系统免受锚泊活动的影响,然而用于连接不同沉箱单体的跨接管的容许位移有限,这对沉箱的整体沉降或倾斜提出了较高要求。本文基于CEL方法采用ABAQUS软件模拟了落锚和拖锚对水下沉箱的影响,讨论了土体不排水抗剪强度su、锚速度等关键因素的影响。在分析单一影响因素对落锚和拖锚对水下沉箱规律的基础上,给出了定