高温抗氧化耐冲刷保护涂层探究.pdfVIP

高温抗氧化耐冲刷保护涂层研究 王禹胡行方 (中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050) 摘要本文使用料浆熔烧工艺，通过熔融扩散，使si—cr—Ti—w—B…金属粉 在Ta～1 ow合金表面形成硅化物涂层。涂层成份与结构的分析研究认为，涂层由二 硅化物和硅基共熔体组成．结构上由外表面保护膜，涂层主体以及界面内层三部 分构成。保护膜可以在高温下阻止氧向基体的浸渗，涂层主体保持较高的硅含量， 内层有助于释放涂层积聚的内应力，保持良好的结合性。高温性能测试结果表明， 在1800℃高温高速腐蚀气体环境下抗氧化寿命超过2．5小时，在该温度到室温的 热循环达80次．具有优艮的高温性能． 关键词Ta基合金，硅化物涂层，高温抗氧化性，抗热震性 1前言 甘前490N p星姿控发动机采用加涂层的Ya．10W台金推力室。其J‘作寿命取决r涂层 的使用温度t手ll高温[作的可靠性，涂层成份不同，其高温性能差别很犬。研究…表明，难 熔金属最有效的保护涂层是硅化物系统。衡量这类涂层高温性能的重要技术指标是静态人 气高温抗氧化性能以及抗热震性能，特别在热震条件下．涂层容易产生开裂，在这些缺陷 处易产生局部高温而超过材料熔点和蒸发点，从而使材料迅速失效。但现在使_Lfj的Ta一10W 台金推力室硅化物涂层在1800℃的使用寿命为30分钟，在此温度到室温的热震仅为15次， 实际使用时不足700秒就出现涂层剥落现象。难以满足涂层耐高温、高速腐蚀燃气冲刷的 性能要求。因此迫切需要在此基础上改进涂层I[艺和涂层的成份，进一步发挥硅化物涂层 的保护能力，提高它的高温静态J：作寿命和抗热震寿命，将Ta．10W合金硅化物涂层在1800 ℃的使用寿命推向极限，满足涂层高温长寿命的使用要求。本文就此进行研究。 2试验内容 2．1底材及预处理 mm×6mmX 涂层底材选用Ta一10W合金，试样尺寸为70 lmm，涂层前的预处理工艺如 F： 酸洗一水洗一烘干 2．2涂层成份设计及涂层样品制备 在组成～定的Ti-Cr—Si硅化物系统中添加一定比例的w，各种金属粉过320目筛，按 重量百分比混合，并加入适当比例的有机硅树脂醇和二甲苯，经研磨制备成粘稠悬浮料浆。 采用浸渍涂覆工艺，在化学处理过的试样表面涂覆一层厚度均匀的料浆涂层，然后自 然干燥。在专用真空炉内按熔烧工艺熔烧，制备成难熔金属保护涂层试样。 2．3高温性能试验 314 在专用抗氧化试验设备上用内热法对改性涂层做1800C大气静态抗氧化试验，温度监 测使用WGS一叭型精密光学温度计，当涂层表面产生黑斑时，判定为涂层失效。热震试验 是衡量涂层耐腐蚀燃气冲刷的综合技术参数。本文在1800C到室温之间进行涂层的热震试 验，同样在显微镜内观察到涂层表面产生黑斑时，判定为涂层失效。 2．4分析 层断面成份，用EP^IA一8705型仪器对氧化后的涂层表面进行元素分析。 3结果与讨论 W等元素改性的硅化物涂层在18004C的抗氧化性如表1。该涂层在1800℃到室温的热 震性能如表2。 表1改性T卜cr—Si涂层人气静态高温抗氧化寿命 试样号 试验温度 时间 l 1800℃ 2h20min 2 1800℃ 2h40min 3 1800℃ 2h30min 表2改性Ti—Cr—Si涂层的热震性能 从表1和表2可知，与目前Ta．10W合金硅化物涂层在1800C的性能相比，其高温性 能得到很大提高，这与氧化过程中涂层组织结构变化密切相关。 涂层氧化后破坏部位如图1所示，其表面形貌如图2所示。