鈮合金表面Ni-P-Al2O3復(fù)合涂層的制備與抗氧化性能研究.pdf

1、鈮及鈮合金具有高熔點、低密度及良好的可加工性能和優(yōu)異的高溫力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天發(fā)動機、火箭推進器和核反應(yīng)裝置等主要結(jié)構(gòu)部件的制造。但鈮及鈮合金抗氧化性能較差,高溫環(huán)境下易形成NbO、NbO2和Nb2O5等脆性易脫落的氧化物,嚴重制約了它的應(yīng)用。為提高鈮合金的抗氧化性能,在表面獲得抗氧化涂層是有效的方法。
　　本文由溶膠凝膠法在鈮合金表面制備了Al2O3涂層,并通過化學(xué)鍍在Al2O3涂層與基體間制備Ni-P中間層以提高涂層

2、-基體的界面結(jié)合,研究兩種涂層(單一Al2O3涂層和Ni-P/Al2O3涂層)樣品在高溫下的抗氧化性。采用差熱分析(DTA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和X射線衍射(XRD)等方法分析了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)以及高溫曝露后的變化,討論了涂層的高溫保護作用機理,得到以下結(jié)論:
　　1、以異丙醇鋁為前驅(qū)物、水為溶劑、硝酸為膠溶劑制備得到透明穩(wěn)定的氧化鋁溶膠,鋁醇鹽發(fā)生三步法反應(yīng)生成Al(OH)3,隨后變?yōu)锳lOOH勃姆石,

3、經(jīng)涂覆、真空熱處理后生成Al2O3涂層。
　　2、溶膠凝膠法制備的Al2O3涂層,表面平整,完全包覆鈮合金基體。高溫氧化后,涂層樣品除生成Al2O3、AlNi3和AlPO4等相外,還有基體氧化形成的NbO、NbO2和Nb2O5相。氧化增重曲線和微觀分析表明Al2O3涂層可有效提高鈮基合金的抗氧化性能。隨氧化時間增加,涂層氧化層逐漸增厚且界面出現(xiàn)大量微裂紋,導(dǎo)致涂層保護性能下降。
　　3、采用化學(xué)鍍在Al2O3涂層和基體間制備

4、的中間層,主要由Ni和P兩種元素組成,其中Ni含量為94.81wt％,P的含量為5.19wt%,為中磷鍍層。XRD結(jié)果表明鍍層呈非晶結(jié)構(gòu)。鍍層細小的胞狀結(jié)構(gòu)有效增大了Al2O3涂層與鍍層接觸的比表面積,改善了涂層與合金基體間的粘附力。
　　4、研究表明Ni-P/Al2O3涂層比Al2O3涂層有更優(yōu)異的抗氧化性能。高溫氧化后涂層與基體結(jié)合良好,未出現(xiàn)裂紋和開裂現(xiàn)象。計算表明單一的Al2O3涂層中存在很大的應(yīng)力,在溫差為900℃時Al