氩弧熔覆制备TiB2基高温陶瓷涂层的性能研究

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本试验以Ti粉、B4C粉和SiC粉为原料，利用钨极氩弧熔覆方法在石墨基体上原位合成 TiB2基陶瓷涂层。设计了 Ti-B4C和Ti-B4C-SiC两体系十种方案。通过大量的试验，确定出制备各组分涂层的最佳熔覆工艺参数。利用X射线衍射、扫描电镜对覆层试样的物相及微观组织进行了分析；通过界面抗拉强度、耐烧蚀、高温抗氧化等测试对涂层进行性能分析。
　　研究结果表明：采用氩弧熔覆的方法可在石墨基体上制备出TiB2基陶瓷涂层。熔覆层中TiB2晶体的形态受凝固过程中Ti、B原子浓度的影响。因此，在Ti与B的不同比例成分下，会呈现出不同的生长形态（扁长的叶状、细针状和不规则的长条状），它们在熔覆层中的均匀分布将显著提高熔覆层的强化效果。SiC加入后，均匀分布于TiB2组织中，对涂层的耐烧蚀、抗氧化性能有明显的改善作用。
　　利用氩弧熔覆的方法制备的陶瓷涂层与石墨基体有良好的结合性能，从微观形貌上看，熔覆层与基体在界面处相互渗透，发生了良好的冶金结合。覆层在C/C复合材料上的界面结合性能测试结果表明：覆层与基体之间的界面结合强度可达8.8MPa。
　　在1200℃的高温氧化11h条件下，Ti-B4C体系试样抗氧化最优比例为 n（Ti）：n（B4C）=1：1，覆层内部已被完全氧化，氧化失重为34.4mg/cm2；而加入 SiC后，氧化过程中SiO2与TiO2互溶，在表面形成一层玻璃相，紧紧覆盖于覆层陶瓷表面，阻碍氧原子的渗入，大大提高了覆层抗氧化性能。Ti-B4C-SiC体系试样抗氧化最优比例为 n（Ti）：n（B4C）：n（SiC）=1：5：3，在1200℃的高温氧化11h条件下，氧化深度约为10μm，氧化失重仅为2.8mg/cm2。
　　由于石墨酥松、多孔，等离子烧蚀试验中，烧蚀性能表现很差，质量烧蚀率为29.33mg/s；而碳-瓷复合材料抗烧蚀性能最好比例为 n（Ti）：n（B4C）：n（SiC）=1：5：4，其烧蚀率仅为1.18mg/s，比无涂层的石墨抗烧蚀性能提高近25倍。Ti-B4C体系覆层陶瓷烧蚀后表面损失严重，而加入SiC后，可以明显改善覆层的抗烧蚀性能。这是由于烧蚀过程中出现玻璃相 TiO2与SiO2的互溶体，其高温下具有流动性，附着于覆层表面，可以有效地对覆层表面出现的孔洞进行浸润和愈合，使组织致密、连续、完整，故覆层表现出良好的抗烧蚀性能。

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作者
刘洋;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名隋少华;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类陶瓷复层;
关键词
氩弧熔覆; 高温陶瓷涂层; 结合强度; 耐烧蚀性能; 抗氧化性能;

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