Mo合金高温抗氧化涂层的研究

涂层材料在高温环境下的抗氧化性研究高温环境下的抗氧化性是涂层材料研究中的一个重要课题。

高温环境中，氧气的活性增加，容易引起氧化反应，从而损害材料的性能。

因此，研究如何提高涂层材料在高温环境中的抗氧化性具有重要意义。

首先，了解涂层材料的基本原理是研究抗氧化性的关键。

涂层材料主要由基材和涂层组成，涂层可以分为多层结构。

基材通常选择具有良好耐高温性能的材料，如金属合金。

涂层的主要功能是隔绝基材与高温环境之间的接触，防止氧气进入基材内部，从而保护基材的性能。

涂层的抗氧化性通过控制涂层的化学成分和微观结构来实现。

其次，研究涂层材料在高温环境中的抗氧化性需要考虑多个因素。

首先，涂层的化学成分是影响抗氧化性的关键因素。

常用的涂层材料有氧化铝、氧化硅、碳化硅等。

这些材料具有良好的耐高温性能和化学稳定性，可以有效阻止氧气进入基材内部并形成氧化物膜，起到保护作用。

其次，涂层的微观结构也对抗氧化性有一定影响。

例如，涂层材料中的晶粒尺寸、晶界结构、孔隙度等微观特征都会对抗氧化性产生影响。

此外，涂层的厚度和质量也是影响抗氧化性的重要因素。

较厚的涂层可以提供更好的氧气隔离效果，而较高质量的涂层则可以提供更好的抗氧化性能。

另外，表面处理也是提高涂层材料抗氧化性的重要手段之一。

例如，通过表面溶液处理、物理处理（如喷砂）等方式可以提高涂层的粗糙度，增加与基材的结合力，提升抗氧化性能。

此外，还可以采用激光熔覆、等离子熔覆等技术，将涂层材料与基材直接熔接，形成更加牢固的涂层结构，提高抗氧化性。

在研究涂层材料的抗氧化性时，不同的实验方法和评价指标也需要考虑。

常用的实验方法包括热重分析、扫描电子显微镜等。

热重分析可用于定量分析材料的氧化速率和稳定性，扫描电子显微镜可用于观察材料表面的氧化程度和微观结构。

评价指标可以包括氧化速率、氧化物膜的厚度和质量损失率等。

这些方法和指标可以为研究抗氧化性提供客观的数据。

综上所述，涂层材料在高温环境下的抗氧化性研究是一个复杂的课题。

高温涂层材料制备工艺的耐热性与抗氧化性研究高温涂层材料是一种耐高温、抗氧化的特种涂层材料，广泛应用于航空航天、能源、冶金等领域。

本文将从耐热性和抗氧化性两个方面对高温涂层材料的制备工艺进行研究。

首先，耐热性是高温涂层材料的一个关键指标。

高温环境下，涂层材料需要能够承受高温的冲击、热膨胀和热循环等影响，以保护基础材料不受热损伤。

为了提高高温涂层材料的耐热性，可以采用以下几种制备工艺。

一种常用的制备工艺是热喷涂。

通过热喷涂技术，可以将金属、陶瓷等耐热材料喷涂到基底材料上，形成一层保护层。

这种工艺可以有效地提高涂层材料的热稳定性和耐高温氧化性能。

另一种制备工艺是物理气相沉积（PVD）。

PVD技术通过蒸发、溅射等方法将材料从固态直接转变为气态，然后在基底材料表面沉积成薄膜。

PVD工艺制备的涂层具有致密的晶体结构和较高的熔点，能够承受更高的温度。

此外，化学气相沉积（CVD）也是一种常用的制备工艺。

CVD工艺通过在高温下使反应气体分解并沉积在基底材料上形成涂层。

CVD涂层具有较好的结合强度和热稳定性，能够抵御高温腐蚀和氧化。

除了耐热性，抗氧化性也是高温涂层材料的重要性能之一。

在高温环境下，涂层材料容易与氧气发生反应，产生氧化物，从而导致涂层性能的下降。

为了提高涂层材料的抗氧化性，可以采用以下几种制备工艺。

一种常用的制备工艺是添加弥散剂。

弥散剂能够增加涂层材料的致密性，阻隔氧气的渗透，提高涂层的抗氧化性能。

常用的弥散剂包括碳纳米管、纳米颗粒等。

另一种制备工艺是添加合金元素。

通过向涂层材料中添加一定比例的合金元素，可以改变涂层的晶体结构和化学成分，提高其抗氧化性能。

常用的合金元素有铬、铝等。

此外，高温涂层材料的制备工艺还可以根据具体的应用需求进行优化。

例如，在航空航天领域，可以采用熔融盐浸渍工艺，将高温涂层材料渗入基底材料的孔隙中，从而提高涂层的结合强度和抗氧化性能。

综上所述，高温涂层材料的制备工艺需要考虑其耐热性和抗氧化性。

Nb-Si基合金表面Mo-Si-B涂层制备及抗氧化性能庞洁;周春根【摘要】Mo-Si-B coating was prepared on Nb-Si alloys to improve the high-temperature oxidation . The influence of the halide activators (NaF and AlF3 ) on Si-B co-depositing to obtain Mo-Si-B coating on Nb-Si alloys was analyzed by thermochemical calculations .The results show that NaF proves to be more suitable than AlF3 to co-deposit Si and B .Then Mo-Si-B can be coated on Nb-Si based alloys u-sing detonation gun spraying of Mo followed by Si and B co-deposition .The fabricated coatings consist of outer MoSi2 layer with fine boride phase and inner unreacted Molayer .The mass gain of the Mo-Si-B coating is 1 .52mg/cm2 after oxidation at 1250℃ for 100h .The good oxidation resistance results in a protective borosilicate scale formed on the coating.%为提高Nb-Si合金的抗高温氧化性能,在其表面制备Mo-Si-B涂层.通过Thermo-Calc计算的方法,从热力学角度分析NaF和AlF3两种激活剂对Si-B二元共渗的影响.结果表明:以NaF为激活剂时可以实现Si-B的二元共渗,而以AlF3为激活剂时,难以实现Si-B的二元共渗.通过爆炸喷涂结合包埋渗的方法在Nb-Si合金表面成功制备Mo-Si-B涂层,涂层主要由有弥散硼化物分布的M oSi2外层和未反应的M o内层构成.涂层在1250℃氧化100h后涂层的氧化增重仅为1.52mg/cm2,良好的抗高温氧化性能是由于涂层在高温氧化过程中形成了一层具有保护性的硼硅酸盐层.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)002【总页数】5页(P73-77)【关键词】Nb-Si合金;Mo-Si-B涂层;激活剂;包埋渗;氧化【作者】庞洁;周春根【作者单位】中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京100095;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TG174.4随着航空航天事业的不断发展，对于高温材料的要求越来越高，铌硅基合金由于具有高熔点，低密度，耐腐蚀的特点，受到了人们的关注[1-3]。

第53卷第7期表面技术2024年4月SURFACE TECHNOLOGY·31·MCrAlY涂层的研究进展门引妮，李进，卢金文，徐研，郭阳阳*（西安瑞鑫科金属材料有限责任公司，西安 710016）摘要：随着发动机的服役温度日益升高，工作环境日益恶劣，涡轮叶片极易在高温环境中氧化，大大降低了叶片的使用寿命。

如何在低成本下制备保护性能好的高温防护涂层，是当前国内外研究的重点。

MCrAlY 包覆涂层可分为NiCrAlY涂层、CoCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层，这3类涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能较好，又有很好的塑韧性和抗热疲劳性能，因此可作为涂层或热障涂层的黏结层材料。

综述了涂层中主要元素（Al、Cr、Co、Y）、掺杂合金元素（Ta、Re、Si、Pt）、涂层制备工艺和预处理工艺对MCrAlY涂层性能的研究进展。

结果表明，可以通过调节MCrAlY涂层的成分来实现涂层性能的调控。

向MCrAlY涂层中掺入Si、Ta和Re等活性元素，可显著提高涂层的抗高温氧化性能，以进一步提高发动机的工作效率和满足高温的工作环境需求。

总结了采用细化涂层晶粒、掺杂纳米颗粒和制备梯度复合涂层等方法来提高MCrAlY 涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能的研究现状，对MCrAlY涂层的发展趋势进行了展望。

关键词：MCrAlY涂层；活性元素；制备工艺；抗氧化性能；抗腐蚀性能中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)07-0031-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.07.003Research Progress of MCrAlY CoatingsMEN Yinni, LI Jin, LU Jinwen, XU Yan, GUO Yangyang*(Xi'an Rarealloys Co., Ltd., Xi'an 710016, China)ABSTRACT: With the rapid development of aerospace industry, the service temperature of the engine rises gradually, and the working environment gets worse. Turbine blades are easily oxidized in high temperature environment, which greatly reduces the service life of the blades. How to prepare high temperature protective coating with good protective performance at low cost is the focus of research in China and abroad, which is of great strategic significance to national defense security and national economic development. The work aims to present a comprehensive overview of research progress on MCrAlY coatings, which are widely used to protect substrates against oxidation and corrosion in high temperature environment. MCrAlY coating is subdivided into NiCrAlY coating, CoCrAlY coating and NiCoCrAlY coating. These three kinds of coatings have good oxidation resistance and corrosion resistance, as well as good plastic toughness and thermal fatigue resistance, so they can be used as bonding layer materials for coatings or thermal barrier coatings. The research progress on the properties of MCrAlY coating, such as the main elements (Al, Cr, Co, Y), the addition of alloy elements (Ta, Re, Si, Pt), the coating preparation process and the pretreatment process was reviewed. The results showed that different compositions and structures would affect the performance and application range of the coating. The control of coating properties could be realized by adjusting the composition of MCrAlY coating. The addition of alloy elements such as Si, Ta and Re into the MCrAlY coating could significantly improve the收稿日期：2023-04-16；修订日期：2023-09-07Received：2023-04-16；Revised：2023-09-07基金项目：陕西省2023年度秦创原引用高层次创新创业人才项目（QCYRCXM-2023-020）Fund：The 2023 Qin Chuangyuan Citation High-level Innovative and Entrepreneurial Talents Project of Shaanxi Province (QCYRCXM-2023-020)引文格式：门引妮, 李进, 卢金文, 等. MCrAlY涂层的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(7): 31-39.MEN Yinni, LI Jin, LU Jinwen, et al. Research Progress of MCrAlY Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(7): 31-39.*通信作者（Corresponding author）·32·表面技术 2024年4月high temperature oxidation resistance of the coating, which was critical for improving the working efficiency of the engine and met the requirements of high temperature working environment. The preparation process and process parameters of the coating would affect its quality and stability. Moreover, various methods were summarized to improve the oxidation resistance and corrosion resistance of MCrAlY coatings, including refining the coating grain size, doping with nanoparticles and preparing gradient composite coatings. By optimizing the coating structure (coating thickness, grain size distribution, etc.), its oxidation resistance and corrosion resistance could be improved. The introduction of nanoparticles into the coating could improve its mechanical properties and spalling resistance. The development trend of MCrAlY coatings was prospected. In conclusion, MCrAlY coatings have exhibited excellent high temperature oxidation and corrosion resistance, making them suitable for harsh working environment. The properties of MCrAlY coatings can be controlled by adjusting their composition and utilizing advanced preparation and pretreatment processes. At present, due to the deterioration of the use environment, higher requirements are put forward for the use temperature of the coating, and the density and porosity of the coating need to be improved by one step. The future development direction of MCrAlY coating includes improving high temperature stability and mechanical properties, developing new coating materials, studying the preparation process and process parameters of coating, exploring its application in new fields, improving the precision control and consistency of coating, exploring the multifunctional application of coating, developing new coating preparation technology and promoting the digital design, prediction and simulation of coating. These directions will bring more opportunities and challenges to the application and development of MCrAlY coatings.KEY WORDS: MCrAlY coating; active element; preparation process; oxidation resistance; corrosion resistance发动机防护涂层到目前已经历了4个发展阶段：第一阶段为简单铝化物涂层；第二阶段为改性铝化物涂层；第三阶段为MCrAlY（M=Co、Ni或NiCo）包覆涂层；第四阶段为热障涂层（TBCs），如图1所示，底层为MCrAlY黏结层，表层为氧化钇、氧化镁或氧化钙稳定的氧化锆陶瓷涂层[1-2]。

第45卷第1期2021年2月中国(业CHINA MOLYBDENUM INDUSTRYVol.45No.1Feb2021事故容错燃料包壳用Mo合金的研究进展辛甜#,李延超1>2，常恬(1.西北有色金属研究院，陕西西安710016)(2.西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048)摘要：2011年发生福岛严重核事故后,1合金包壳材料的安全可靠性受到严重的质疑，国内外对事故容错燃料(ATF)开始了广泛的研究。

Mo合金由于其优异的高温性能成为了ATF的候选包壳材料之一。

本文综述了Mo合金包壳材料在高温氧化性能，力学性能，抗辐照性能，中子经济性能以及加工和焊接性能方面的研究进展,并指出在工业应用中面临的挑战，最后展望了Mo合金在ATF包壳材料中的应用前景。

关键词:事故容错燃料;Mo合金;高温氧化性能;力学性能;抗辐照性能DOI&10.13384/ki.cmi.1006-2602.2021.01.001中图分类号:TG146.4+.12文献标识码:A文章编号：1006-2602(2021)01-0001-08Research Progress of Mo Alloys for Accident-Tolerant Fuel CladdingXIN Tian1，LI Yan-chao1，2，CHANG Tian1，GAO Xuan-qiao1(1.Northwest Institute for Non-Ferrous Metal Research，Xi'an710016，Shaanxi，China)(2.School of Mateaals Science and Engineering，Xi'an University of Technology,Xi'an710048，Shaanxi，China) Abstract:Ateo tie severs nucleeo accident in Fukushima in2011，the safety and reliability of zirconium alloy clad­ding materials have been seriously questioned，and extensive oseoh on accident tolerant fud(ATF)has begun at home and abroad.Mo alloy has become one of the cendidate cladding mateaais foe ATF due te its excellent high temperature perfoanancc.This aaicie reviews the reseerch progress of Mo alloy cladding mateaais in high-tempero-turo oxiaation properties，high-temperature mechanicoi properties，radiation resistancc，neutron eccnomics，and processing and welding p roperties.It alss points out tee chdlinges faced in industiai applications，and findliy looks forward te tee application prospecC of Mo alloys in ATF cladding materials.Key words:acciOent fault-tolerant fud;Mo alloy;high temperature oxidation peWownance;mechanical propeeies; oadaaeaon oesaseance0引言核能已被证明是一种可靠、环境上可持续且成本效益高的大规模电力来源，其安全性、先进性以及经济性均与燃料包壳材料密切相关。

万方数据第１６卷第６期肖来荣，等：ＭｏＳｉ２涂层的组织结构与高温抗氧化性能了硅化物涂层，并重点讨论和分析了硅化过程中涂层的形成机理、涂层的表面和截面组织特征以及氧化后涂层的结构变化，为进一步优化涂层结构和改善高温抗氧化涂层的性能提供了借鉴。

１实验基体材料为Ｎｂ一１０Ｗ合金，利用线切割加工成ｄ３ｍｍ×４０ｍｍ的条状试样，经水磨砂纸打磨、碱洗、酒精超声波清洗、酸洗和蒸馏水清洗后烘干备用。

先用料浆烧结法在预处理过的Ｎｂ—ｌＯＷ合金基体上于ｌ４５０～Ｉ６５０℃真空烧结制备Ｍｏ层，然后于１１００～１３００℃包渗硅化制得ＭｏＳｉ。

涂层。

试样在空气中进行ｌ６００℃静态抗氧化实验和室温至１６００℃热震实验。

室温至１６００℃的加热时问为３０ｓ，空冷至室温。

采用ＸＤ９８型ｘ射线衍射仪分析涂层表面的相组成。

用扫描电镜观察涂层的表面和截面形貌特征。

利用能谱分析涂层表面和截面的成分分布，比较氧化前后涂层中成分和结构的变化。

２结果与分析２．１钼层组织的结构与形貌图１所示为钼层表面和截面的形貌及截面线扫描。

由图１（ａ）可知，经真空烧结后钼涂层表面较粗糙，存在许多孔洞，较大的孔洞直径约１０ｐ．ｍ。

由图１（ｂ）可知，该钼层厚度约为５０ｆｆｍ，钼层内存在大量的孔洞，钼层与基体间没有形成明显的扩散层，这与截面线扫描结果基本一致。

在钼层与基体界面处存在孔洞，说明钼层与基体的结合较差。

２．２硅化后涂层的结构与形貌硅化后形成的涂层表面和截面形貌及截面线扫描如图２所示。

涂层总体厚度比硅化前有较大增加，约为１５０ｐｍ，这是由于反应扩散形成硅化物后体积增大所致。

由图２（ａ）可知，涂层表面较疏松，表层存在较多孔洞，主要是由于钼层中原有的较大烧结孔隙在硅化过程中役有完全闭合所致。

此外，当ｓｉ扩散时，Ｍｏ层内的空位向表层移动并聚集也是表层较疏松的原因。

由图２（ｂ）可知，涂层由外向内依次为主体层、两相过渡层和低硅扩散层。

图３所示为涂层氧化前图１钼层表面（ａ）和截面（ｂ）的形貌及截面元素扫描分布（ｃ）Ｆｉｇ．１Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅ（ａ）ａｎｄＣＲＯＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎ（ｂ）ａｎｄｅｌｅｍｅｎｔａｌＩｉｎｅｓｃａｎｎｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ（ｃ）ｏｆＭｏｌａｙｅｒ后表面的ｘ射线衍射谱。

MCrAlY类涂层在高温环境中的行为和机理研究MCrAlY类涂层在高温环境中的行为和机理研究摘要：随着高温工况下材料的广泛应用，研究高温环境中涂层的行为和机理变得更加重要。

特别是MCrAlY类涂层，在高温环境中具有优异的抗氧化和耐热性能，被广泛应用于航空航天、船舶、石油化工等领域。

本文将探讨MCrAlY类涂层在高温环境下的行为和机理，并从微观和宏观两个角度进行分析，以期加深对该类涂层的理解，并为进一步改进和开发具有更好抗高温性能的涂层提供参考。

1. 简介MCrAlY（M为金属元素，如Ni、Co；Cr为铬，Al为铝，Y为钇）类涂层是一种由多元合金组成的高温抗氧化涂层。

具有良好的高温耐热性能和抗氧化性能，广泛应用于高温工况下的金属表面保护。

2. 行为和机理研究2.1 涂层的化学成分MCrAlY类涂层中的金属元素和氧化物成分对其在高温环境下的行为和机理起着重要作用。

金属元素可以提供涂层的力学性能和高温强度，而氧化物成分则具有良好的抗氧化性能。

2.2 抗氧化性能MCrAlY类涂层通过在高温下形成致密的氧化层来提供抗氧化性能。

首先，涂层中的氧化物成分会在高温下与外界氧气反应生成氧化层。

这种氧化层能够阻隔氧气的进一步侵蚀，并提供一定的耐热性能。

其次，在氧化层形成后，涂层表面会发生剥落和再生的循环过程，从而使氧化层保持在一定的良好状态。

2.3 热膨胀行为MCrAlY类涂层在高温环境中会受到热膨胀的影响。

涂层的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数不同，因此在高温下，涂层与基体之间会出现拉伸或压缩的应变。

这种应变可能导致涂层的剥落或开裂，影响涂层的性能。

2.4 相互扩散和反应在高温环境中，涂层与基体之间会发生相互扩散和化学反应。

相互扩散可能导致界面相形成或界面的变化，从而影响涂层与基体之间的结合强度。

化学反应则可能导致涂层中与基体之间的相互影响，进而影响涂层的性能。

3. 微观和宏观分析3.1 微观分析通过扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等技术，可以对涂层的微观结构和相组成进行观察和分析。