制备Co-Re合金涂层的化学气相沉积设备研制与涂层表征

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铼(Re)及其合金在高温力学、抗蠕变性、耐磨、耐腐蚀等方面具有优异的特性,被广泛应用于国防军工、航空航天、电子行业以及石油化工等领域。在难熔金属Re中加入金属钴(Co)形成钴铼(Co-Re)合金,可以有效地提高Re的抗氧化能力,拓展Re涂层在高温环境下的使用范围,同时降低制备Re涂层的成本。在本论文的研究工作中,介绍了化学气相沉积设备的设计原理和机械系统与控制系统的设计方案,讨论了化学气相沉积制备Co-Re合金涂层的热力学问题,并采用自行设计的沉积设备,在钢基体(0CrNi2MoVA型钢材)表面制备了Co-Re合金涂层,最后对制备出的合金涂层进行了相关性质的测试。获得主要结论如下:1、化学气相沉积设备的设计包括机械系统设计和控制系统设计。机械系统包括升华室、反应室、气体运输系统、温度系统以及真空系统五个部分。以道尔顿分压定律为基础,设计并计算出的升华室和反应室尺寸分别为Ф50×200mm和Ф30×200mm。控制系统包括温控系统、气体与流量控制系统以及安全系统。温控系统采用感应加热和红外辐射加热的方式分别对升华室和反应室进行加热,并通过仪器仪表对温度进行控制。流量和压力通过减压阀和质子流量计进行精确控制。2、采用HSC chemistry 6.0软件对化学气相沉积制备Co-Re合金涂层的化学反应进行热力学分析。分析结果表明,选择H2-Co(acac)2和H2-Re2(CO)10为反应体系,在100950℃的温度范围内,两个反应体系的化学反应Gibbs自由能均小于零。3、分析了反应温度对反应体系平衡反应产物组成的影响,发现反应产物中Co和Re的含量随反应温度的升高而增加,但反应过程中两个反应体系均会产生C原子。为保证Co和Re的产量,同时减少C原子的比例,最终选定制备Co-Re合金涂层的最佳反应温度区间为400600℃。4、对化学气相沉积制备Co-Re合金涂层的工艺参数进行了分析,并在不同的氢气流量条件下制备出了Co-Re合金涂层,同时对制备出的涂层进行了显微形貌分析、成分分析以及XRD图谱分析。涂层表面的显微形貌分析表明,随着氢气流量的增加,涂层表面形貌由平整光滑逐渐变为疏松多孔。涂层截面的显微形貌分析表明,制备出的涂层成分均匀,组织结构致密,且涂层与基体之间存在一层极薄的过渡层。涂层截面的成分分析表明,涂层中Co、Re的总含量达到90%以上,且元素分布均匀,其中线扫描分析表明涂层与基体成分分明。涂层XRD图谱分析表明,制备出的涂层为Co-Re合金涂层。
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