ZrB2-SiC-ZrC涂层反应等离子合成机理及喷涂工艺研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zybp821
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ZrC以优异的性能被广泛应用于航空航天等重要领域。ZrB2-SiC-ZrC复合涂层具有优异的抗氧化性和耐烧蚀性。为解决ZrC在高温下的快速氧化行为,本文以Zr H2、Si、B4C为原料,采用反应等离子喷涂技术在ZrC表面制备ZrB2-SiC-ZrC复合涂层,研究不同工艺参数对涂层物相和组织的影响;同时,通过淬熄试验截取不同飞行距离下的反应等离子喷涂产物,并结合热分析技术对反应等离子喷涂ZrB2-SiC-ZrC涂层的反应机理进行分析。本文通过球磨法对原始粉末进行球磨处理,对球磨后的粉末进行喷雾造粒得到粒度为50μm~100μm的球形粉末。对球形粉末进行DSC分析,发现温度从326℃~738℃Zr H2处于分解状态体系一直吸热。由于体系中存在含氧物质,所以700℃~1100℃都存在一种锆的氧化物(Zr3O)。随着温度的升高,C原子从B4C中游离出来,Zr3O被C还原形成ZrC,同时少量的Si熔化与Zr反应生成Zr Si,温度继续升高,B原子从B4C中游离出来与Zr-Si-C形成四元体系,ZrB2逐渐析出,小尺寸的ZrB2逐渐聚集长大。对不同淬熄距离下的飞行颗粒物相和组织结构进行分析。结果表明,XRD图谱显示四条曲线形状基本相同,都由Zr O2和ZrB2组成,但主相都为Zr O2,这是由于粉末进入水后被氧化所致。由于原始颗粒尺寸不同,因此在等离子喷涂过程中各颗粒熔化程度不同,会形成壁厚不一的球形颗粒。改变喷涂电流、不会改变涂层中物相的组成,各种相的峰形、峰位基本相同。改变喷涂距离,物相种类不会改变,但含量会有所变化。对涂层的表面、截面、断面进行观察,发现当喷涂电流增大时喷涂粉末熔融更充分,涂层表面更加平整光滑,盘状组织增多,涂层更加致密,微裂纹与孔洞减少,涂层孔隙率降低。当喷涂距离增大时,喷涂粉末熔融更充分,涂层表面盘状组织增多,但也降低了喷涂粉末到达基底时的冲击能量和冲击速度,涂层整体较为疏松,孔洞增多,孔隙率增大,致密性不好。所以在本试验参数范围内,最佳喷涂工艺参数为:喷涂电流600A,喷涂距离80mm。
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