Cr合金化MoSi2基納米復(fù)合涂層的組織及性能研究.pdf

1、二硅化鉬(MoSi2)以其高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、適中的密度及熱膨脹系數(shù)、良好的抗高溫氧化性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)最具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但MoSi2的室溫韌性差和中溫的PEST氧化降低了其在實(shí)際應(yīng)用中的性能和可靠性，通常采用合金化、納米化及復(fù)合化等方法改善其性能。
　　利用雙陰極等離子冶金技術(shù)在鈦合金表面沉積得到C40結(jié)構(gòu)的MoSi2涂層。應(yīng)用合金化、納米化及復(fù)相強(qiáng)化的原理，通過調(diào)節(jié)成分、控制工藝參數(shù)，在鈦合金表面制備三種不同Cr含量的

2、具有MoSi2+Mo5Si3復(fù)合相的(Mo1-xCrx)Si2基納米復(fù)合涂層和四種不同Cr含量的具有單一C40結(jié)構(gòu)MoSi2相的(Mo1-xCrx)Si2納米晶涂層，以提高M(jìn)oSi2涂層的硬度、強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能及其耐腐蝕性能，最終改善鈦合金的使用性能。
　　采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)及X射線能譜儀(EDS)對涂層的相組成、微觀組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分進(jìn)行觀察與分析。利用納米壓入、維氏壓痕法對涂

3、層的力學(xué)性能進(jìn)行研究，并利用聚焦離子束技術(shù)(FIB)對納米壓痕的次表面切片制樣并觀察，采用電化學(xué)測試技術(shù)對涂層的抗腐蝕性能進(jìn)行測試，同時(shí)結(jié)合第一性原理計(jì)算，從原子尺度深入探討Cr合金化對改善其力學(xué)性能和腐蝕性能的本質(zhì)原因。
　　結(jié)果表明，七種涂層均由致密均勻的沉積層和擴(kuò)散層組成。(Mo1-xCrx)Si2基納米復(fù)合涂層由主要的MoSi2相和少量沿著MoSi2晶界分布的條帶狀Mo5Si3組成，其中MoSi2的晶粒尺寸呈雙峰粒度分布，

4、由平均晶粒尺寸約為5nm的納米晶和平均晶粒尺寸約為250nm的亞微米晶粒組成，硬度高達(dá)25.9GPa，斷裂韌性大于11.5MPa·m1/2，硬度和斷裂韌性的提高與Cr合金化導(dǎo)致的微觀組織結(jié)構(gòu)及殘余應(yīng)力密切相關(guān)；單相(Mo1-xCrx)Si2納米晶涂層的晶粒呈等軸晶狀，平均晶粒尺寸約為5nm，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，且隨Cr含量的增加耐蝕性能進(jìn)一步提高。Cr替代 Mo降低體系的內(nèi)聚能，減小鍵合斷裂能。Mulliken電荷布居分析表明(Mo1