Oxidation Behavior of ZrO2 Reinforced MoSi2翻译.docVIP

真空等离子喷涂和ZrO2对MoSi2涂层抗氧化性能的强化 在此实验中，分别采用MoSi2，MoSi2-20%volZrO2，MoSi2-40%volZrO2（分别标记为MZ0，MZ2和MZ4）粉末，利用真空等离子喷涂制成涂层。然后分别在500℃，1200℃，1500℃下测定涂层的抗氧化性能。主要检测涂层的一些基本性质如显微硬度、孔隙度和表面粗糙度。在500℃时添加的ZrO2能限制MoSi2涂层的低温氧化脆性。MZ2试样在1200℃和1500℃是能表现书很好的抗氧化性能。MZ4涂层在1200℃时仍然保持着良好的抗氧化性而在1500℃时削弱了抗氧化性。 关键词：微观组织、MoSi2,抗氧化性，真空等离子喷涂，ZrO2 1.引言 金属间化合物如硅化物被广泛应用于高温材料中而且难熔金属硅化物已成为高温结构用金属间化合物研究的必威体育精装版热点[1]。二硅化钼由于其在高温时良好的抗氧化性，适中的密度，较低的热膨胀系数，良好的电热传导率和热动力兼容性及广泛变化的电势使其成为应用于高温材料领域的主要的新型材料[2]。MoSi2材料因为在其表面形成的连续的SiO2薄膜阻止进一步的氧化而具有很好的抗氧化性[3]。许多研究结果显示MoSi2能够用于各种基体材料的保护涂层并且各种理论已经应用于MoSi2涂层的改性中。一些表面处理技术如化学气相沉积、包覆渗硅、真空烧结可以在钼基金属上形成MoSi2沉积避免基体金属在高温时发生氧化[4]。 然而，MoSi2 在低温区有加速氧化的趋势, 尤其在500℃时MoSi2 材料常常因剧烈氧化发生毁灭性破坏, 在低温时体积膨胀大约250%而使氧化沿着MoSi2先前存在的裂纹、晶界或空隙发生[5]。另一个问题就是高的孔隙度[6]。一些研究解决这MoSi2涂层的这种缺陷的方法已经成熟，其中复合材料涂层的改性是研究是主要方向[7]。 ZrO2是强化MoSi2的最佳选择。在MoSi2中加入ZrO2能阻止氧化的扩散因此能有效地限制MoSi2是低温氧化效应[8]。此外加入适当的ZrO2能通过在结晶过程中延时晶粒长大来逐渐地细化MoSi2晶粒[9]。根据热力学相容性，ZrO2的热膨胀系数和MoSi2的相近，所以ZrO2被用作是MoSi2的强化相[10]。 在此实验中，MoSi2-ZrO2涂层或者是MoSi2涂层都是通过真空等离子喷涂技术制成。借助扫描电镜（SEM）和XRD来研究涂层的微观组织。观察涂层的微观硬度、孔隙度和表面硬度。分别在500℃、1200℃、1500℃时检查涂层的氧化程度。 2. 实验步骤 2.1 材料和制备 商用粉末MoSi2、ZrO2粉末（含有质量分数7~8%的Y2O3）,粉末颗粒度在10~60lM之内。掺有20%和40%的ZrO2的MoSi2粉末分别球磨机上研磨12h,再在100℃下烘干两小时。涂层的沉积处理则通过VPS设备来完成。(F4-VB, Sulzer Metco AG, Wohlen, Switzerland)。相关参数已在表一中列出，0.5~1.0MM的各涂层的改性效果则通过以下方式检测。 表一 MoSi2-ZrO2 涂层的真空等离子喷涂参数 2.2 微观组织和结构特点 制成的粉末晶相和得到的涂层通过X衍射仪(RAX-10,Rigaku, Japan) Cu Kα (λ= 1.5406 nm)放射。通过扫描电子显微镜(FESEM,JSM-6700F, JEOL, Tokyo, Japan)来分析经喷涂和热处理的涂层的表面和交叉处的形貌。而用能谱仪(EDS, PN-5502, INCA ENE -RGY, Oxford, UK)来分析涂层的化学组成。用则用微硬度仪(HX-100, Shanghai Second Optical Instrument Factory, Shanghai, China)来检测喷涂涂层横截面在载荷为4.9N、持续时间为12s时的显微硬度。取所测的20个点的平均值来表示。用图像分析系统软件(IMAGE, National Institute of Health, Bethesda, USA).分析涂层横断面的孔隙度。每组样品都重复做三次。表面硬度用HOMMEL WERKE(T8000,Wave,VillingenSchwenni -ngen, Germany )来检测。每个样品检测要二十处。 2.3表征氧化行为 涂层要分别在500℃、1200℃和1500℃下检测涂层的氧化特征。这些样品要先放在氧化铝坩埚中再放入箱式电阻炉中再加热至500℃、1200℃和1500℃，要在几秒钟内放入或从炉中取出。在1500℃下检测涂层的氧化性实验中，样品要放置在氧化铝坩埚炉中再放入箱式电阻炉里，炉中加热和冷却的速度是5 K/min. 3. 结论和分析 3.1喷涂态涂层的微观组织特点 初始粉末和喷涂涂