CN107208248A - 制造涂覆有保护涂层的部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造涂覆有保护涂层(2)的部件(1)的方法，包括以下步骤：在部件(1)的全部或部分表面(S)上形成保护涂层(2)，其中，部件(1)包括具有铌基质的耐火合金，所述铌基质具有金属硅化物内含物，保护涂层(2)使用的粘结剂(11)通过包埋渗法形成，所述粘结剂(11)包括：i)(NbxTi1‑x)3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物A，其中M表示Fe、Co或Ni，且x在0至1的范围内；或者ii)M’Si，NbSi2和Nb4M’4Si7的混合物B，其中M’表示Fe、Co或Ni。

Description

制造涂覆有保护涂层的部件的方法
背景技术
本发明涉及涂覆有保护涂层的部件以及制造这种部件的方法。
目前，在涡轮发动机最热的部件中，以工业规模使用只有基于镍的超级合金。虽然这种镍基超级合金涂覆有热屏障系统，但由于它们的熔点接近，其使用温度可能被限制在1150℃。
最近的研究工作集中在使用基于耐火金属的新材料，其能够在比镍基超级合金的使用温度更高的温度下使用。这些材料家族通常被称为：耐火金属基质复合材料。
在已经发现的解决方案中，除了现有的镍基超级合金之外，铌基合金似乎特别有希望作为替代合金或者被使用。这些合金的优点是其熔点高于现有超级合金的熔点。此外还有利的是，铌基合金具有相对较低的密度(6.5克/立方厘米(g/cm3)至7g/cm3)，相比之下镍基超级合金的密度为8g/cm3至9g/cm3。因此，由于其低密度和在接近1100℃具有接近镍基超级合金的机械性能，这样的合金有利于显著降低涡轮发动机部件的重量，例如，高压涡轮叶片组。
这种铌基合金通常可以包括许多添加合金元素，例如硅(Si)、钛(Ti)、铬(Cr)、铝(Al)、铪(Hf)、钼(Mo)或锡(Sn)。这些合金呈现一种由溶解在固溶体中的添加元素增强的铌基质(Nbss)构成的微结构。该相在低温下为合金提供可承受的韧性。耐火基质与金属间沉淀物有关，通常是组成和结构可以根据添加元素(M3Si，M5Si3)而变化的耐火金属硅化物。
尽管为了提高合金在高温下的耐氧化能力而在合金的组成上已进行了大量的改进，但是这种能力可能无法满足直接的工业应用。
因此，需要具有良好机械性能(低温下的韧性和高温下移动部件的蠕变)以及在极高温度下的良好的耐腐蚀性和抗氧化性能的新型材料。
也需要能够获得这种材料的新颖的方法。
发明内容
第一方面，本发明提供一种制造涂覆有保护涂层的部件的方法，其包括以下步骤：
在部件的全部或部分表面上形成保护涂层，部件包括具有铌基质的耐火合金，所述铌基质具有金属硅化物内含物，保护涂层通过使用粘结剂以包埋渗法形成，所述粘结剂包括：
i)(NbxTi1-x)3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物A，其中M表示Fe、Co或Ni，且x在0至1的范围内；或者
ii)M’Si、NbSi2和Nb4M’4Si7的混合物B，其中M’表示Fe、Co或Ni。
以下，术语“混合物A”表示(NbxTi1-x)3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物，其中M表示Fe、Co或Ni，且x在0至1的范围内。
以下，术语“混合物B”表示M’Si、NbSi2和Nb4M’4Si7的混合物，其中M’表示Fe、Co或Ni。
本发明有利地在铌基部件上形成保护涂层，该涂层能够形成保护性氧化物层，以提高部件的抗氧化能力而不影响其机械性能。包埋渗能够有利地处理复杂形状的部件，在单一步骤中沉积多个元件，并获得具有均匀厚度的保护涂层。
本发明的方法在于选择特定的用于所述粘结剂的供体合金的混合物(上述混合物A和B)。这些混合物有利于用于获得保护涂层，该保护涂层能够显著提高待处理部件的抗氧化能力。
该部件可以由包含铌基质的耐火合金构成，所述铌基质中存在金属硅化物沉淀物。
所形成的保护涂层可以包括多个不同的相，这些相可以相互重叠的层的形式存在。这些相的形成由沉积元素和构成基底的元素的固态相互扩散控制。
当粘结剂包括FeSi、NbSi2和Nb4Fe4Si7的混合物B时，所形成的保护涂层包含Nb、Fe和Si。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相可以各自包含Nb、Fe和Si。
在一种变型中，当粘结剂包括CoSi、NbSi2和Nb4Co4Si7的混合物B时，所形成的保护涂层包含Nb、Co和Si。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相可以各自包含Nb、Co和Si。
在另一个变型中，当粘结剂包括NiSi、NbSi2和Nb4Ni4Si7的混合物B时，所形成的保护涂层包含Nb、Ni和Si。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相可以各自包含Nb、Ni和Si。
在一个实施方式中，粘结剂可以包括混合物B，并且在包埋渗法开始之前：
粘结剂中M’Si的重量占粘结剂中混合物B的总重量优选的比例为5％-30％；以及
粘结剂中NbSi2的重量占粘结剂中混合物B的总重量优选的比例为5％-30％；以及
粘结剂中Nb4M’4Si7的重量占粘结剂中混合物B的总重量优选的比例为50％-80％。
术语“粘结剂中混合物B的总重量”应理解为以下总和：[粘结剂中M’Si的重量]+[粘结剂中NbSi2的重量]+[粘结剂中Nb4M’4Si7的重量]。
在一种实施方式中，粘结剂包括M’＝Fe的混合物B，且在包埋渗开始之前：
粘结剂中M’Si的重量占粘结剂中混合物B的总重量的比例可以在5％-30％，例如在10％-20％的范围内；以及
粘结剂中NbSi2的重量占粘结剂中混合物B的总重量的比例可以在5％-30％，例如在10％-20％的范围内；以及
粘结剂中Nb4M’4Si7的重量占粘结剂中混合物B的总重量的比例可以在50％-80％。
优选地，粘结剂可以包括混合物A。
使用这种混合物有利于获得在高温下具有良好抗氧化和抗腐蚀性的保护涂层。使用这种混合物可以形成包含Nb、Cr和Si的保护涂层。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相可以各自包含Nb、Cr和Si。
优选地，粘结剂可以包括混合物A，M可以表示Co或Ni，并且特别优选的方式是M表示Ni。
特别地，粘结剂可以包括混合物A，x可以不等于0，特别是x可以等于1。在这种情况下，粘结剂包括Nb3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物A，其中M表示Fe、Co或Ni。
优选地，粘结剂可以包括混合物A且x＝0。换句话说，粘结剂可以包括Ti3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物A，其中M表示Fe、Co或Ni。
除了上述在受热时具有耐氧化和抗腐蚀能力的优点之外，使用这种混合物所获得的保护涂层有利于与底层部件形成良好的相容性，从而在底层部件上具有良好的附着力。
这样的混合物可以获得包含Nb、Ti和Si的保护涂层。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相，或者实际上全部的相都可以包含Nb、Ti和Si。
保护涂层内Ti的存在有利地使得底层部件和保护涂层之间的膨胀系数具有较佳的匹配。此外，Ti在混合物A中的存在可以改变保护涂层生长的方向，并且部件中所含的任意Ti可用于限制高温蒸发(蒸发可通过保护涂层正在形成的时候所产生的挥发性卤化钛而发生)。
在一种实施方式中，当粘结剂包括Ti3Fe3CrSi6和Fe0.6Cr0.4Si的混合物A时，所形成的保护涂层包含Nb、Ti、Cr、Si和Fe。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相，并且可能全部的相都可以包含Nb、Ti、Cr、Si和Fe。
在一种变型中，当粘结剂包括Ti3Co3CrSi6和Co0.6Cr0.4Si的混合物A时，所形成的保护涂层包含Nb、Ti、Cr、Si和Co。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相，或者实际上全部的相都可以包含Nb、Ti、Cr、Si和Co。
在另一种变型中，当粘结剂包括Ti3Ni3CrSi6和Ni0.6Cr0.4Si的混合物A时，所形成的保护涂层包含Nb、Ti、Cr、Si和Ni。特别地，在这种情况下，保护涂层的多个相，或者实际上全部的相都可以包含Nb、Ti、Cr、Si和Ni。
优选地，粘结剂可以包括混合物A，且包埋渗开始前的粘结剂中，(NbxTi1-x)3M3CrSi6与M0.6Cr0.4Si的重量比可以为0.9-1.1。
举例来说，铌基质可以包括Nb5Si的内含物和/或Nb3Si的内含物。
优选地，在形成保护涂层的全部或部分步骤中，使部件在1100℃-1300℃的温度下进行处理。
优选地，包埋渗的持续时间可以在1小时(h)至100小时的范围内，例如在2小时至96小时的范围内。
在一种实施方式中，所形成的保护涂层的厚度可以大于或等于15微米(μm)，例如可以在15μm至50μm的范围内。
将保护涂层的厚度限制在小于或等于50μm有利地可以避免得到在热循环期间具有过度剥落的相关问题的脆弱涂层。制造厚度大于或等于15μm的涂层也是非常有利的，以便获得令人满意的抗氧化保护。
本发明还提供了一种包括具有铌基质的耐火合金，所述铌基质具有金属硅化物内含物，部件的表面涂覆有保护涂层，保护涂层包括具有以下化学计量(原子比例)的相：
(NbxTi1-x)3MβCrγSiδXε，其中M表示Fe，Co或Ni，X表示可能存在的一种或多种其他元素，x在0至1的范围内，δ在5至8.5的范围内，且β+γ的和在3至7的范围内；或者
Nb4M’ηSiθX’ε’，其中M’表示Fe，Co或Ni，X’表示可能存在的一种或多种其他元素，η在3.2至4.8的范围内，且θ在6至8的范围内。
如上所述，β大于零。
这样的涂层部件可以通过如上所述的方法来获得。当进行如上所述的方法以获得本发明的涂层部件时，混合物A的使用导致保护涂层包括(NbxTi1-x)3MβCrγSiδXε的相，混合物B的使用导致保护涂层包括Nb4M’ηSiθX’ε’的相。
本发明的涂层部件在受热时表现出非常好的抗氧化和耐腐蚀性。
保护涂层优选使得具有上述化学计量的相存在于保护涂层的外表面上，所述外表面位于距涂层部件表面最远的涂层一侧。
X和X’可以是Al和/或Hf中的至少一种。在一种实施例中，ε和ε’可以小于或等于1，例如0.5，例如0.3。
当保护涂层包括(NbxTi1-x)3MβCrγSiδXε的相时，硅可以以原子含量为44％-48％存在于该相中。当保护涂层包括Nb4M’ηSiθX’ε’的相时，硅可以以原子含量为45％-49％存在于该相中。
在下面的表1中，所给出的各实施例用于说明可根据本发明得到的保护涂层的相的化学计量。表1
优选地，M可以表示Co或Ni。在特别优选的方式中，M表示Ni。
在一种实施方式中，保护涂层可以具有大于或等于15μm的厚度，例如在15μm至50μm的范围内。
在一种实施方式中，该部件可以是涡轮发动机叶片。在一个变型中，该部件是形成燃烧室的整体部分或涡轮环或喷嘴。
本发明还提供一种包括如上所述的部件的涡轮发动机。
本发明还提供一种包括如上所述的涡轮发动机的飞机。
附图说明
本发明的其他特征和优点在以下附图的描述中出现，其中：
图1是本发明的部件的示意性和局部剖视图；
图2是适用于实施本发明方法的反应器的示意性和局部视图；
图3简要说明了在本发明方法中形成保护涂层的反应路线；
图4A至4C是通过实施本发明的方法在Nbss-Nb5Si3合金的表面上获得的不同保护涂层的照片；
图5A至5C是通过实施本发明方法的一个变型在Nb-Si合金的表面上获得的另一种保护涂层的照片；以及
图6显示了与未涂覆Nb-Si的部件相比，在1100℃下对涂覆有本发明的保护涂层的Nb-Si部件进行循环氧化试验的结果。
具体实施方式
图1是涂覆有保护涂层2的部件1的截面。保护涂层2形成在部件1的表面上，该部件1包括具有金属硅化物内含物的铌基质。
形成的保护涂层2的厚度e例如可以在15μm-50μm的范围内。保护涂层2的厚度e相当于垂直部件1的表面S测量的最大尺寸。
图2示出了适用于本发明方法的反应器。如图所示，反应器具有外壳10的形式，其中存在待处理的部件1。部件1处于粘结剂11内，粘结剂11包括供体合金13的混合物和活化剂12。如图所示，部件1与粘结剂11接触。供体合金13混合物的组成根据部件1上获得的保护涂层而选取。供体合金混合物13可以是混合物A或混合物B，其中，这些混合物的定义如上文所述。
作为举例，活化剂12可以为选自：SiCl4、SiF4、NH4Cl、NH4F、金属卤化物(例如金属氟化物或氯化物，如CrCl3)及上述物质的混合物。供体合金13和活化剂12都为粉末态。
活化剂12可以在包埋渗开始之前存在于粘结剂中，其在粘结剂中的重量含量为供体合金13混合物总重量的0.5％-2％。包埋渗在外壳10中进行。
粘结剂11还包括惰性稀释剂，例如包括二氧化硅(SiO2)和/或氧化铝(Al2O3)，如Al2O3和SiO2的混合物。惰性稀释剂有利于避免在组分的温度升高时粘结剂颗粒在待涂覆区域表面附聚。惰性稀释剂可以在包埋渗法开始之前以粉末的形式存在于粘结剂中。
在包埋渗开始之前，粘结剂中惰性稀释剂的重量可以为粘结剂中供体合金混合物13的总重量的0.8倍-1.2倍，例如可以基本上等于粘结剂中供体合金混合物13的总重量。
为了启动本发明的方法，将外壳10的温度升至例如1100℃至1300℃的范围内。在本发明的全部或部分方法中，外壳10例如填充有惰性气体，或者可以为初级或次级真空。
在第一步骤20中，金属卤化物由形成供体合金部分的金属和来自活化剂的卤化物形成。以这种方式形成的金属卤化物随后在气相中扩散到待处理部件1(步骤21)，在那里被吸附(步骤22)。此后，金属卤化物分解，即金属和卤化物分离(步骤23)。金属沉积在部件1的表面上，随后可以在其中扩散(步骤24)，卤化物返回到气相。在与供体合金接触时，在气相中扩散的卤化物(步骤25)可以再次形成金属卤化物并重新启动形成保护涂层的上述循环。
实施例
除非另有说明，以下给出的保护涂层相的组成为原子比例。
实施例1
图4A至图4C是通过实施本发明的方法获得的涂覆有保护涂层的部件的照片。
在本实施例中，采用以下混合物B(重量比)来形成保护涂层：
图4A：20％FeSi+20％NbSi2+60％Nb4Fe4Si7；
图4B：10％CoSi+10％NbSi2+80％Nb4Co4Si7；
图4C：20％NiSi+20％NbSi2+60％Nb4Ni4Si7。
对于这三种类型的涂层，部件和粘结剂在整个包埋渗中保持在1200℃的温度，包埋渗法的持续时间为24小时。如图所示，所形成的保护涂层包括多个不同的相。这些不同的相以堆叠的形式存在，它们彼此重叠。
在图4B中，标记为“1”的相对应于Nb27.7Co26.9Si45.9，标记为“2”的相对应于Nb60.8Co0.9Si38.2，标记为“3”的相对应于Nb62.7Si36.7。
在图4C中，标记为“1”的相对应于Nb32.6Ni0.2Si67.3，标记为“2”的相对应于Nb29.3Ni25.3Si45.4，标记为“3”的相对应于Nb40.3Ni19.7Si39.9，标记为“4”的相对应于Nb62.7Si37.2。
实施例2
图5A至5C是通过实施本发明的方法获得的涂覆有保护涂层的部件的照片。
在本实施例中，采用如下表2所示的混合物A(在“供体合金”栏)形成保护涂层。供体合金中出现的含量是重量含量。保护涂层中的相的化学性质在“分析相位探针组成”栏中说明。
表2
对于上表2：
(1)M7Si6-TiFe＝Ti3Fe3CrSi6且B20Fe＝Fe0.6Cr0.4Si
(2)M7Si6-TiCo＝Ti3Co3CrSi6且B20Co＝Co0.6Cr0.4Si
(3)M7Si6-TiNi＝Ti3Ni3CrSi6且B20Ni＝Ni0.6Cr0.4Si
对于这三种类型的涂层，包埋渗法的持续时间为24小时，部件和粘结剂在整个包埋渗法中保持在1200℃的温度。涂层部件为专利US 5 942 055中描述的材料和硅化物复合材料(MASC)合金，并且具有以下原子百分比的组成：Nb＝47％；Ti＝25％；Hf＝8％；Cr＝2％；Al＝2％；Si＝16％。
实施例3：在1100℃下对涂覆Nb-Nb5Si3的部件进行循环氧化试验
已对保护涂层的抗氧化防护能力做了评估。在与实施例2相同的条件下获得涂层。结果在图6中给出。
与裸露部件(即没有涂层)相比，具有这些涂层防护的部件其寿命得到改善。当M＝Co时，被防护部件的寿命至少是M＝Fe时的15倍，当M＝Ni时，被防护部件的寿命是M＝Fe时的30倍。从图6可以看出，为了证明所得结果的可重复性，分别对每种涂层进行了重复试验。
最高性能的涂层可在1100℃下耐受大约3000次氧化循环。在循环条件下，这些涂层在高达1200℃时具有良好的抗氧化性能。
可以看出，非涂层合金快速地以显著快速的方式被氧化(由于氧化而大幅增加质量)。如果与氧化介质的接触充分延长，则形成的氧化物将会脱落，从而导致重量的减轻，如图6中绘出的曲线所示。
此外，在铌基部件上，这些保护涂层的形成，能够有利地使在1100℃的等温暴露期间记录的重量增加值除以200。并且在等温条件下，这些涂层可以有利地提供高达1300℃的有效防护。
术语“包含/含有一个”应理解为“包含/含有至少一个”。
术语“在...范围内...”应该被理解为包括边界值。

Claims (13)

1.一种制造涂覆有保护涂层(2)的部件(1)的方法，该方法包括以下步骤：
在部件(1)的全部或部分表面(S)上形成保护涂层(2)，部件(1)包括具有铌基质的耐火合金，所述铌基质具有金属硅化物内含物，保护涂层(2)使用的粘结剂(11)通过包埋渗法形成，所述粘结剂(11)包括：
i)(NbxTi1-x)3M3CrSi6和M0.6Cr0.4Si的混合物A，其中M表示Fe、Co或Ni，且x在0至1的范围内；或者
ii)M’Si、NbSi2和Nb4M’4Si7的混合物B，其中M’表示Fe、Co或Ni。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粘结剂(11)包括混合物A，且M表示Co或Ni。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，M表示Ni。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，粘结剂(11)包括混合物A，且x＝0。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，粘结剂(11)包括混合物A，且x不等于0。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，x＝1。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，粘结剂(11)包括混合物A，且包埋渗法开始前的粘结剂(11)中，(NbxTi1-x)3M3CrSi6与M0.6Cr0.4Si的重量比为0.9-1.1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粘结剂(11)包括混合物B，并且在所述包埋渗开始之前：
粘结剂(11)中M’Si的重量占粘结剂(11)中混合物B的总重量的比例为5％-30％；以及
粘结剂(11)中NbSi2的重量占粘结剂(11)中混合物B的总重量的比例为5％-30％；以及
粘结剂(11)中Nb4M’4Si7的重量占粘结剂(11)中混合物B的总重量的比例为50％-80％。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在形成保护涂层(2)的全部或部分的步骤中，使部件(1)在1100℃-1300℃的温度下进行处理。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于，所形成的保护涂层(2)的厚度(e)在15μm至50μm的范围内。
11.一种部件(1)，包括具有铌基质的耐火合金，所述铌基质具有金属硅化物内含物，部件(1)的表面涂覆有保护涂层(2)，保护涂层(2)包括具有以下化学计量的相：
(NbxTi1-x)3MβCrγSiδXε，其中M表示Fe，Co或Ni，X表示可能存在的一种或多种其他元素，x在0至1的范围内，δ在5至8.5的范围内，且β+γ的和在3至7的范围内；或者
Nb4M’ηSiθX’ε’，其中M’表示Fe，Co或Ni，X’表示可能存在的一种或多种其他元素，η在3.2至4.8的范围内，且θ在6至8的范围内。
12.一种涡轮发动机，包括根据权利要求11所述的部件(1)。
13.一种飞机，包括根据权利要求12所述的涡轮发动机。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109338285A (zh) * 2018-11-06 2019-02-15 四川理工学院 一种在钛合金表面形成Si-Co复合渗梯度涂层的方法
CN112567064A (zh) * 2018-08-07 2021-03-26 原子能和替代能源委员会 用于耐火合金部件的涂层

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110387523B (zh) * 2019-07-15 2021-04-16 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种铌合金表面多层梯度复合高温抗氧化涂层及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1229146A2 (en) * 2001-02-02 2002-08-07 General Electric Company Oxidation resistant coatings for niobium-based silicide composites
US20040126237A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Melvin Jackson Turbine blade for extreme temperature conditions
US20090042056A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 General Electric Comapny Oxide-forming protective coatings for niobium-based materials
US20110146848A1 (en) * 2008-11-21 2011-06-23 General Electric Company Oxide-forming protective coatigns for niobium-based materials
CN104120426A (zh) * 2014-07-25 2014-10-29 北京航空航天大学 一种铌基合金上的Mo-Si-B涂层及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070003416A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 General Electric Company Niobium silicide-based turbine components, and related methods for laser deposition
US20080142122A1 (en) * 2006-12-19 2008-06-19 General Electric Niobium-silicide alloys having a surface region of enhanced environmental-resistance, and related articles and processes
EP2322684A1 (en) * 2009-10-16 2011-05-18 General Electric Company Oxide-forming protective coatings for niobium-based materials
US20120094021A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Goodrich Corporation Method of forming a diffusion aluminide coating on a surface of a turbine component and a homogeneous paste for coating such surfaces

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1229146A2 (en) * 2001-02-02 2002-08-07 General Electric Company Oxidation resistant coatings for niobium-based silicide composites
US20040126237A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Melvin Jackson Turbine blade for extreme temperature conditions
US20090042056A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 General Electric Comapny Oxide-forming protective coatings for niobium-based materials
US20110146848A1 (en) * 2008-11-21 2011-06-23 General Electric Company Oxide-forming protective coatigns for niobium-based materials
CN104120426A (zh) * 2014-07-25 2014-10-29 北京航空航天大学 一种铌基合金上的Mo-Si-B涂层及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112567064A (zh) * 2018-08-07 2021-03-26 原子能和替代能源委员会 用于耐火合金部件的涂层
CN112567064B (zh) * 2018-08-07 2023-06-20 原子能和替代能源委员会 用于耐火合金部件的涂层
CN109338285A (zh) * 2018-11-06 2019-02-15 四川理工学院 一种在钛合金表面形成Si-Co复合渗梯度涂层的方法

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