碳与碳化钨表面铱涂层的组织结构与烧蚀性能研究

摘要

本文使用双辉等离子渗金属技术分别在碳和碳化钨基体上制备铱涂层。采用扫描电镜、X射线衍射等分析手段研究铱涂层的表面形貌和微观结构；并利用划痕仪、纳米压入测试对涂层力学性能进行表征；采用X射线衍射技术分析碳化钨表面单层与多层涂层的残余应力；并通过氧-乙炔焰2000℃高温评价涂层的烧蚀稳定性。涂层呈多晶结构,并沿(220)晶面择优生长。多晶铱涂层主要通过脆性沿晶断裂,脆性断裂不依赖于涂层的晶粒大小,主要由于柱状晶中晶界之间存在着较弱的结合强度。在碳化钨表面制备铱涂层与基体结合良好。铱涂层的硬度为800HV,弹性模量为644GPa。由于涂层与基体之间结合良好,涂层表现出较好的抗划性能,涂层失效方式为弯曲分裂失效。单层与多层铱涂层的残余应力分别为-1.6GPa、-1.1GPa。碳表面铱涂层经过高温氧化焰烧蚀之后表面出现空洞和起皱现象,但是涂层还是保持完整。涂层的起皱主要来自于涂层与基体之间的热膨胀系数相差较大导致涂层的塑性变形。经过高温烧蚀碳表面铱涂层与碳基体结合较差。高温烧蚀表明碳材料表面铱涂层可以抵抗2000℃的高温烧蚀,保护碳材料快速的被氧化。通过钨涂层作为过渡层来增强涂层与基体之间的结合力。铱钨多层涂层完全可以保护碳材料被氧化。在2000℃高温氧化焰烧蚀条件下,碳化钨表面单层铱涂层无法抵抗高温烧蚀,不过多层铱涂层在90秒内完全可以保护碳化钨基体高温烧蚀。在2000℃高温碳化焰烧蚀条件下,碳化钨表面单层铱涂层保持完整,可以承担抗氧化能力。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 Ir的应用

1.3 Ir涂层的制各

1.4 选题依据和研究内容

1.4.1 选题依据

1.4.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 原材料

2.2 Ir涂层的制备

2.2.1 双辉等离子渗金属炉

2.2.2 Ir涂层制备工艺过程

2.2.3 Ir涂层制备工艺参数

2.3 涂层力学性能表征

2.3.1 涂层结合力测定

2.3.2 纳米压痕仪

2.3.3 涂层的残余应力分析

2.4 涂层的高温烧蚀

2.5 涂层成分与显微结构分析

2.5.1 物相和涂层择优取向生长测试

2.5.2 涂层表面及界面形貌和成分分析

第三章 结果与讨论

3.1 Ir涂层的微观结构

3.1.1 Ir涂层的形貌分析与断裂方式

3.1.2 WC基体Ir涂层的形貌与结构

3.2 Ir涂层的力学性能

3.2.1 Ir涂层的硬度与弹性模量

3.2.2 Ir涂层的结合力

3.2.3 Ir涂层的残余应力

3.3 Ir涂层的高温烧蚀

3.3.1 Ir涂层在碳材料上的高温烧蚀

3.3.2 Ir涂层在WC上的高温烧蚀

3.4 本章小结

第四章 总结与展望

4.1 本文工作总结

4.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及申报专利