-110-織構(gòu)銥涂層結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、難熔金屬因其高溫強(qiáng)度高，所以在航空航天領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，難熔金屬在高溫環(huán)境下易被氧化形成多孔甚至揮發(fā)性氧化物，致使其服役的溫度及壽命均受到極大限制。鉑族金屬具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是銥(Ir)具有極低氧滲透率和氧化速率，成為難熔材料表面超高溫抗氧化涂層的候選材料。本文采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)在難熔工件表面制備了Ir涂層，研究了基體和雙輝工藝參數(shù)對(duì)Ir涂層組織結(jié)構(gòu)的影響，分析了Ir涂層與基體界面形成過(guò)程，提出了Ir涂層<

2、110>織構(gòu)形成機(jī)制與涂層的生長(zhǎng)機(jī)理。研究了雙輝Ir涂層硬度、彈性模量、結(jié)合力和殘余應(yīng)力。研究了Ir涂層高溫氧化燒蝕后形成微孔的機(jī)理。為了抑制微孔形成或使微孔能自愈合，對(duì)Ir涂層進(jìn)行了摻Zr處理，研究了摻Zr對(duì)Ir涂層組織結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　采用掃描顯微鏡、透射電鏡和原子力顯微鏡觀察表征了涂層的微觀組織結(jié)構(gòu);采用X射線能譜儀、X射線光電子能譜儀和電子探針X射線顯微分析儀檢測(cè)了涂層成分;采用電子背散射衍射技術(shù)測(cè)定了涂層的微觀織構(gòu)

3、、晶界取向差和晶粒尺寸;采用X射線衍射儀鑒定了涂層物相、晶粒尺寸、宏觀織構(gòu)和殘余應(yīng)力;采用納米壓痕儀測(cè)試涂層表面硬度和彈性模量;采用劃痕儀測(cè)量涂層與基體間結(jié)合力;氬氣保護(hù)條件下對(duì)涂層進(jìn)行1400℃×1.5h高溫?zé)崽幚?，評(píng)價(jià)涂層高溫?zé)岱€(wěn)定性。對(duì)涂層進(jìn)行800℃～1000℃×1h氧化處理，采用耐馳熱分析儀對(duì)Ir涂層進(jìn)行差熱和熱重分析，評(píng)價(jià)涂層高溫抗氧化性能。用氧-乙炔焰對(duì)涂層表面進(jìn)行2000℃±100℃×35s燒蝕，評(píng)價(jià)涂層高溫抗燒蝕性能。

4、本文創(chuàng)新性的成果和結(jié)論如下:
　　(1)系統(tǒng)開(kāi)展了雙輝等離子體沉積Ir涂層的研究，提出了Ir涂層的<110>織構(gòu)的形成機(jī)制。<110>織構(gòu)的形成機(jī)制是沉積初期原子低遷移速率，(111)晶面晶粒易生長(zhǎng)，以及在沉積過(guò)程中的溝道效應(yīng)的濺射機(jī)制。由于雙輝沉積技術(shù)具有反濺射特點(diǎn)，雙輝Ir涂層的<110>織構(gòu)的形成機(jī)制是溝道效應(yīng)的濺射機(jī)制，沉積層受到高能量濺射粒子的反濺射。由于晶粒的濺射產(chǎn)額存在各向異性，<110>晶向晶粒的濺射率較小能保存下

5、來(lái)并繼續(xù)長(zhǎng)大，而其它晶向晶粒由于其濺射率較大，生長(zhǎng)受到抑制。
　　(2)提出了雙輝<110>織構(gòu)Ir涂層的生長(zhǎng)模式，建立了Ir涂層界面形成過(guò)程模型，研究了雙輝Ir涂層的生長(zhǎng)機(jī)理。Ir涂層生長(zhǎng)模式是以島狀生長(zhǎng)，涂層的生長(zhǎng)機(jī)理是在沉積初期涂層生長(zhǎng)主要受晶粒形核速率控制，隨著涂層繼續(xù)沉積，涂層生長(zhǎng)主要受晶粒生長(zhǎng)速率控制。
　　(3)研究了高溫真空熱處理、高溫氧化和高溫?zé)g后Ir涂層產(chǎn)生微孔的形成機(jī)理。熱處理后Ir涂層產(chǎn)生微孔的原因

6、是涂層再結(jié)晶、涂層缺陷聚集和Kirkendall效應(yīng);高溫氧化后涂層表面出現(xiàn)間隙是由于IrO3揮發(fā)所致;高溫?zé)g后涂層產(chǎn)生的微孔來(lái)自于Ir氧化物的揮發(fā)和氧通過(guò)涂層晶界快速擴(kuò)散至界面形成氣態(tài)氧化物的逸出。
　　(4)提出了對(duì)Ir涂層摻Zr改性的新方案，通過(guò)Zr的氧化膨脹，對(duì)微納米孔進(jìn)行彌合，改善了其高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。摻低含量Zr的Ir涂層比高含量Zr的Ir涂層的高溫穩(wěn)定性要好。經(jīng)過(guò)800℃氧化后，Ir-25at.％Zr涂層表面保持完整