Nb-Ti-Si合金表面Mo-Si-B涂层的制备及其氧化行为研究

摘要

Nb-Ti-Si合金具有熔点高、高温力学性能优异等特点，是重要的高温结构材料。虽然通过合金化使得其抗氧化性得到一定程度提高，但仍需通过在其表面制备涂层以达到高温有氧环境下的使用要求。本文通过在 Nb-Ti-Si合金表面制备 Mo-Si-B涂层来改善其高温抗氧化性。
　　首先采用辉光离子渗技术在Nb-Ti-Si合金表面制备Mo涂层，研究分析了温度与时间对Mo涂层厚度，表面与截面形貌的影响；合金元素对界面结合的影响。在基体表面制备Mo涂层后，通过包埋Si-B共渗在基体表面制备出Mo-Si-B涂层，分析了涂层的表面及截面形貌，并确定了涂层的结构。对所制备的Mo-Si-B涂层进行600℃与1250℃条件下不同时间的氧化实验，分析涂层氧化后表面与截面的形貌及物相组成。实验中采用XRD进行物相分析，SEM、BSE进行形貌分析以及EDS、WDS进行成分分析，得出以下几点：
　　（1）通过辉光离子渗技术制备Mo涂层，随着温度升高Mo涂层厚度增加，且更为致密，涂层与基体界面处结合也越好；随着保温时间延长Mo涂层厚度增大；基体中其它合金元素的存在使得基体与涂层界面处互扩散更好。
　　（2）Mo涂层包埋Si-B共渗制备所得的Mo-Si-B涂层具有多层结构。
　　（3）Mo-Si-B涂层在600℃氧化后表面生成氧化物SiO2和B2O3，此外还残留有包埋渗渗剂中的Al2O3；氧化后涂层结构与未氧化前结构基本一致。
　　（4）Mo-Si-B涂层在1250℃氧化5h和20h后，形成致密连续的氧化膜，氧化产物主要为SiO2及少量Nb2O5和TiO2，此外还残留有包埋渗渗剂中的Al2O3；氧化后MoSi2/NbSi2层界面处出现较多裂纹；氧化过程中NbSi2转化为Nb5Si3。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 铌及铌合金基本性能和应用

1.3 铌及铌合金的氧化

1.4 合金化保护

1.5 细化晶粒法

1.6 表面涂层技术的研究进展

1.7 本文采用的涂层体系

1.8 课题研究意义及主要内容

第二章 实验内容和方法

2.1 基体材料

2.2 实验工艺流程

2.3 辉光离子渗Mo

2.4 包埋Si-B共渗

2.5 氧化实验

2.6 实验结果分析

第三章 铌合金表面辉光离子渗钼研究

3.1 渗Mo涂层宏观形貌及表面XRD

3.2 温度对渗Mo涂层影响

3.3 时间对渗Mo涂层厚度影响

3.4 本章小结

第四章 铌合金表面Mo-Si-B涂层的制备

4.1 涂层表面分析

4.2 涂层截面及相分析

4.3 Si-B共渗反应热力学分析

4.4 本章小结

第五章 Mo-Si-B涂层氧化行为研究

5.1 600℃下的氧化

5.2 1250℃下的氧化

5.3 涂层抗氧化机理

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢