CN109735787A - 一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及制备方法，本发明的ZrC‑MoSi2复合涂层由ZrC主相和MoSi2第二相组成，其中，所述MoSi2第二相的含量为5～45vol.%。本发明的复合涂层在高温、有氧、气体冲刷环境下显示出优异的抗氧化烧蚀性能，能有效保护基体材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及其制备方法，属于高温防护涂层领域。
背景技术
ZrC具有高熔点(3420℃)、高热导率(20.5W/m·℃)、高硬度(维氏硬度为25.5GPa)、高化学稳定性以及良好的抗烧蚀性能，是一种在航天领域有广泛应用前景的高温结构材料。目前，文献报道的ZrC涂层和ZrC基复合涂层相关制备方法主要包括：化学气相沉积法、固渗法和等离子体喷涂法。熊翔等采用化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备了ZrC涂层，氧-乙炔火焰(火焰温度3000℃)考核240s后ZrO2氧化层与未反应的ZrC涂层之间出现热膨胀系数不匹配的问题，因此ZrO2氧化层剥落。化学气相沉积法存在制备周期长、沉积效率低、成本高，以及难以制备多组元复合涂层等问题【1 Sun W,Xiong X,Huang B,LiG.D,Zhang H.B,Chen Z.K,Zheng X.L,ZrC ablation protective coating for carbon/carbon composites,Carbon,47(2009)3365–3380】。李贺军等采用固渗法在C/C复合材料表面制备了ZrC-SiC复合涂层，他们将密度为1.58g/cm3，孔隙率为21％的C/C复合材料放入Zr、ZrO2、Si、C组成的粉体中，在氩气保护下升温到2300℃，保温2h得到涂层。氧-乙炔火焰(火焰温度3000℃)考核20s结果显示，该复合涂层生成的氧化物层不能有效覆盖基体表面，导致基体受到破坏。固渗法存在反应温度高，会影响基体材料的力学性能，以及难以对大尺寸试件进行制备涂层的问题【2 Zhao.Q.L,Li.H.J,Wei L,Wang.J,Zhang.S.Y,Preparationand ablation properties of ZrC–SiC coating for carbon/carbon composites bysolid phase infiltration,Applied Surface Science,258(2011)565–571】。超音速等离子体喷涂是在大气环境下制备涂层的方法，属于等离子体喷涂技术范畴之内。付前刚等采用这种技术在C/C复合材料表面制备了ZrC/SiC梯度复合涂层，氧-乙炔火焰(火焰温度3000℃)考核60s的结果显示，梯度分布的涂层结构能够减小热膨胀系数不匹配导致的涂层内部热应力，ZrC/SiC梯度复合涂层的抗烧蚀性能明显优于SiC涂层，但是由于在涂层制备过程中引入了过多的ZrO2杂质，制备的梯度复合涂层存在结构致密度差、孔隙率高的问题【3Yao.D.J,Li.H.J,Wu.H,Fu.Q.G,Ablation resistance of ZrC/SiC gradient coatingfor SiC-coated carbon/carbon composites prepared by supersonic plasmaspraying,Journal of the European Ceramic Society,36(2016)3739-3746】。
真空等离子体喷涂又叫低压等离子体喷涂，是在惰性气氛(氩气等)保护下进行喷涂的方法，喷涂过程中能够限制粉体氧化，此外还具有沉积效率高、厚度可控、粉体熔化充分、适合工业化生产等特点。胡翠等发现真空等离子体喷涂法制备的ZrC涂层具有结构致密、热导率高、孔隙率和热膨胀系数低的特点【4 Hu.C,Ge,X.L,Niu.Y.R,Influence ofoxidation behavior of feedstock on microstructure and ablation resistance ofplasma-sprayed zirconium carbide coating，Journal of Thermal Spray Technology，24(7)(2015)1302-1311】。目前报道最多的是在ZrC涂层中引入SiC进行改性，通过在烧蚀过程中生成具有自愈合作用的SiO2玻璃相，阻止氧气向涂层内部扩散，以提高涂层的抗氧化烧蚀性能。但是选用等离子体喷涂法制备的ZrC-SiC复合涂层存在以下问题：一、SiC含量不可控。等离子体火焰的中心温度达到10000℃以上，SiC没有稳定的液相，在2300℃时存在分解现象，会导致涂层中SiC含量低且不可控，不利于控制涂层的质量稳定性；二、烧蚀过程中SiO气体的生成。空气环境下，SiC在1500℃以上的氧化包括被动氧化和主动氧化，被动氧化的方程式为(1)，主动氧化的方程式为(2)：
SiC(s)+3/2O2(g)＝SiO2(l)+CO(g) (1)
SiC(s)+O2(g)＝SiO(g)+CO(g) (2)。
SiC发生被动氧化可以生成具有自愈合作用的SiO2玻璃相，涂层由外向内氧分压呈现降低的趋势，当内部氧分压降低到某一数值时，此处的SiC会发生主动氧化生成SiO气体，SiO气体的生成会产生多孔结构的耗尽层，使得涂层的力学性能降低，在气流冲刷环境，易产生裂纹等缺陷，不利于涂层抗烧蚀性能和使用寿命的提高【5 K Shugart,E Opila,SiCdepletion in ZrB2–30vol％SiC at ultra high Temperatures,Journal of theAmerican Ceramic Society,98(5)(2015)1673–1683】。所以，选取其他Si基材料替代SiC用于ZrC涂层改性成为目前的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及制备方法。
在此，一方面，本发明提供一种耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层，所述ZrC-MoSi2复合涂层由ZrC主相和MoSi2第二相组成，其中，所述MoSi2第二相的含量为5～45vol.％。
本发明提出选用MoSi2作为第二相，用于ZrC涂层抗氧化烧蚀性能改性，获得耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层。本发明选用ZrC作为主相，可以在2000℃以上的超高温烧蚀环境下对基体进行保护。MoSi2具有优异的高温抗氧化能力和良好的导热性能，兼备较高的熔点和较低的热膨胀系数等特点。烧蚀环境下，ZrC-MoSi2复合涂层中的第二相MoSi2生成的Si具有向涂层表面扩散富集化的特点，能促进SiO2玻璃相的形成，填充主相ZrC的氧化产物ZrO2颗粒间的空隙、微裂纹等缺陷，有效抑制氧气向涂层内部扩散，同时，因为ZrO2的熔点很高，为2750℃，固相ZrO2形成的骨架可以稳定SiO2液相，提高其抗气流冲刷的作用从而显著提高ZrC涂层的抗氧化烧蚀性能并延长使用寿命。特别是，在高温氧化烧蚀过程中不会出现类似SiC耗尽层这样的破坏结构。该涂层在高温、有氧、气体冲刷环境下显示出优异的抗氧化烧蚀性能，能有效保护基体材料。
较佳地，所述ZrC-MoSi2复合涂层的厚度为50～300μm，优选100-250μm。
较佳地，所述ZrC-MoSi2复合涂层的孔隙率在8％以下。
另一方面，本发明还提供一种上述耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层的制备方法，包括：
按照ZrC-MoSi2复合涂层的组成，分别称取ZrC粉体和MoSi2粉体，混合均匀后得到原料复合粉体；
采用真空等离子体喷涂工艺，将原料复合粉体喷涂到基体上，得到所述ZrC-MoSi2复合涂层。
本发明将ZrC粉体和MoSi2粉体按照一定比例配比混合得到ZrC-MoSi2复合粉体，采用真空等离子体喷涂技术在基体表面制备ZrC-MoSi2复合涂层。本发明采用真空等离子体喷涂技术制备的ZrC-MoSi2复合涂层具有结构致密、第二相含量可控等优点；在烧蚀过程中，第二相MoSi2发生分解和氧化，生成的Si在涂层表面富集，提高了表面SiO2玻璃相的含量，能够有效填充涂层的空隙、裂纹等缺陷，抑制氧气向涂层内部扩散，进而显著提高ZrC涂层的抗氧化烧蚀性能。此外，真空等离子体喷涂法适合制备ZrC-MoSi2复合涂层，且MoSi2在喷涂过程中不存在分解现象，相比SiC具有成分可控的优点。本发明还具有工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、涂层厚度可控、适合规模化生产等优点。
较佳地，所述ZrC粉体粒径为5～90μm。本发明中，ZrC粉体纯度可以为98.0wt.％以上。
较佳地，所述MoSi2粉体粒径为5～90μm。本发明中，MoSi2粉体纯度可以为98.0wt.％以上。
较佳地，所述真空等离子体喷涂工艺的参数包括：等离子体气体Ar：30～50slpm；送粉载气Ar：2～10slpm；等离子体气体H2：2～20slpm；喷涂距离：120～350mm；喷涂功率：30～55kW；送粉速率：5～30rpm；喷涂压力：100～800mbar。
较佳地，所述基体经过表面预处理。预处理步骤可以包括喷砂粗化。
本发明中，所述基体可以是难熔金属及其合金、SiC/SiC或者是加有SiC涂层的石墨或碳纤维增强复合材料(C/C、C/SiC)等。
附图说明
图1为实施例1中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层的XRD图；
图2为实施例1中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层的截面形貌图；
图3为实施例1中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层采用等离子体火焰烧蚀前和烧蚀300s的宏观照片；
图4为实施例1中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层采用氧-乙炔火焰烧蚀900s和1800s的宏观照片；
图5为实施例2中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-40vol.％MoSi2复合涂层采用等离子体火焰烧蚀前和烧蚀300s的宏观照片；
图6为实施例2中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-40vol.％MoSi2复合涂层采用等离子体火焰烧蚀300s的表面形貌图；
图7为实施例2中C/C复合材料基体表面制备的ZrC-40vol.％MoSi2复合涂层采用等离子体火焰烧蚀300s的截面形貌图和Si元素的面分布图；
图8为实施例3中W基体表面制备的ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层采用等离子体火焰烧蚀前和烧蚀300s的宏观照片；
图9为对比例中C/C复合材料基体表面制备的ZrC涂层采用等离子体火焰烧蚀前和烧蚀300s的宏观照片。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明涉及一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及制备方法，选取MoSi2作为第二相，ZrC作为主相，获得ZrC-MoSi2复合粉体，采用真空等离子体喷涂法在基体表面制备该复合涂层，其中MoSi2的含量为5～45vol.％，ZrC-MoSi2复合涂层的厚度为50～300μm。选用MoSi2作为第二相，用于ZrC涂层抗氧化烧蚀性能改性；采用真空等离子体喷涂技术制备的ZrC-MoSi2复合涂层具有结构致密、第二相含量可控等优点。本发明还具有工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、涂层厚度可控、适合规模化生产等优点。
以下，具体说明本发明的耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层的制备方法。
首先，准备基体。本发明中，基体可以采用难熔金属(例如金属W、Mo、Nb)及其合金、SiC/SiC、加有SiC涂层的石墨或加有SiC涂层的碳纤维增强复合材料(例如C/C，C/SiC等)等。作为一个示例，采用加有SiC涂层的碳纤维增强复合材料作为基体时，可通采用等离子体喷涂法，在碳纤维增强复合材料表面制备Si涂层，在(氩气等)惰性气氛保护下，对加有Si涂层的碳纤维增强复合材料进行高温热处理，形成SiC涂层。或者，可以通过采用Si粉、C粉等为原料的包埋法，再在(氩气等)惰性气氛保护下进行反应热处理获得SiC涂层。或者，可以通过CVD方法直接沉积SiC涂层。此外，可以在制备涂层前对基体表面进行预处理，预处理步骤例如可以包括：喷砂粗化，超声清洗，干燥，喷砂压力可以为0.1～0.6MPa。
在另一个示例中，采用金属W作为基体时，也可以在制备涂层前对基体表面进行预处理。
接着，采用真空等离子体喷涂技术，将原料复合粉体(ZrC-MoSi2复合粉体)喷涂在基体上。
本发明中，ZrC-MoSi2复合粉体由ZrC主相和MoSi2第二相组成，具体地，ZrC-MoSi2复合粉体可以通过将一定比例配比的ZrC粉体、第二相MoSi2粉体混合均匀而得到。其中，MoSi2的含量为5～45vol.％，优选10～40vol.％，MoSi2的含量在5～45vol.％时，可以使获得的ZrC-MoSi2复合涂层具有质量损失率低、抗烧蚀性能良好的优点。混合的方式可以采用行星球磨。采用行星球磨的情况下，混合过程例如包括：以无水乙醇为介质采用球磨的方式进行混合，混料时间可以为2～10小时，可将混合均匀的粉体在80～120℃温度范围内烘干5～30小时，得到原料复合粉体。所采用的ZrC粉体纯度≥98.0％，粉体粒径范围为5～90μm，体积百分数为55-95％，优选60-90％；采用的MoSi2粉体纯度≥98.0％，粉体粒径为5～90μm，体积百分数为5～45vol.％，优选10-40％，选用高纯度粉体可以保证涂层中的杂质含量低。
真空等离子体喷涂工艺参数见表1，得到所述ZrC-MoSi2复合涂层，ZrC-MoSi2复合涂层厚度为50～300μm。
表1真空等离子体喷涂ZrC-MoSi2涂层的工艺参数
| 等离子体气体Ar | 30～5slpm | 粉末载气Ar | 2～10slpm |
| 等离子体气体H<sub>2</sub> | 2～20slpm | 喷涂距离 | 120～350mm |
| 喷涂功率 | 30～55kw | 送粉速率 | 5～30rpm |
| 喷涂压力 | 100～800mbar |
*slpm：标准升/分钟，rpm：转/分钟。
与其他的涂层制备方法相比，真空等离子体喷涂法具有的特点或优点有：选用惰性气体保护，避免氧化物杂质的引入，且火焰中心温度超过10000℃，因此非常适合制备高熔点的非氧化物陶瓷涂层；获得的涂层结构较致密；同时其采用的原料为粉体，适合制备组分可以精确控制并且均匀分布的复合涂层；其还具有沉积效率高，适合制备较厚(≥100μm)的涂层。适合制备ZrC-MoSi2复合涂层，且MoSi2在喷涂过程中不存在分解现象，相比SiC具有成分可控的优点。本发明中，可以通过改变真空等离子体喷涂的工艺参数，调节ZrC-MoSi2复合涂层厚度。
本发明中，ZrC-MoSi2复合涂层的厚度为50～300μm，优选100-250μm，ZrC-MoSi2复合涂层的厚度在100～250μm时，具有较好的结合性能和较高的使用寿命的优点。
由此，得到耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层。本发明制备得到的ZrC-MoSi2复合涂层的孔隙率在8％以下。本发明中，通过使用按照一定比例配比混合的ZrC-MoSi2复合粉体制备ZrC-MoSi2复合涂层，具有组分含量可控、致密度高等优点，在高温氧化烧蚀过程中，ZrC-MoSi2复合涂层中的添加相MoSi2生成的Si具有向涂层表面扩散富集化的特点，能促进SiO2玻璃相的形成，有效抑制氧气向涂层内部扩散，从而显著提高ZrC涂层的抗烧蚀性能。还可以避免在高温氧化过程中出现类似SiC耗尽层这样的破坏结构。
本发明的优点：
选择MoSi2为第二相，获得的ZrC-MoSi2复合涂层具有组分含量可控、致密度高的特点；
在烧蚀过程中，第二相MoSi2发生分解和氧化，生成的Si在涂层表面富集，提高了表面SiO2玻璃相的含量，能够有效填充氧化层的空隙、裂纹等缺陷，抑制氧气向涂层内部扩散，进而显著提高ZrC涂层的抗氧化烧蚀性能；
此外，真空等离子体喷涂法适合制备ZrC-MoSi2复合涂层，且MoSi2在喷涂过程中不存在分解现象，相比SiC具有成分可控的优点；
本发明的方法具有工艺简单、成本低、效率高、可重复性好、涂层厚度可控、适合规模化生产等优点，制得的涂层在高温、有氧、气体冲刷环境下显示出优异的抗氧化烧蚀性能，能有效保护基体材料。
下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：
一种耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层，该涂层由80vol.％ZrC和20vol.％MoSi2组成。其中，ZrC粉体粒径范围为10～80μm，纯度为99.0wt.％，MoSi2粉体粒径范围为10～90μm，纯度为99.0wt.％。制备上述复合涂层按照下列步骤进行：
(1)以有SiC过渡层的C/C复合材料为基体，将基体进行表面喷砂处理，喷砂压强为0.6MPa，采用无水乙醇为介质，超声清洗2次，每次10分钟，在100℃烘箱内干燥2小时，备用；
(2)ZrC和MoSi2粉体按照体积比80:20，以无水乙醇为介质球磨混合5小时，在100℃烘干2小时，得到原料粉体，备用；
(3)采用真空等离子体喷涂技术，选用下表2所列的工艺参数，在基体表面喷涂ZrC-20vol.％MoSi2(标记为ZM20)复合涂层。
表2真空等离子体喷涂ZrC-20vol.％MoSi2复合涂层工艺参数
| 等离子体气体Ar | 40slpm | 粉末载气Ar | 2slpm |
| 等离子体气体H<sub>2</sub> | 10slpm | 喷涂距离 | 300mm |
| 喷涂功率 | 39kW | 送粉速率 | 20rpm |
| 喷涂压力 | 100mbar |
*slpm：标准升/分钟，rpm：转/分钟。
采用分析天平测量涂层烧蚀前后的质量并计算质量烧蚀率。质量烧蚀率(R)的计算方法如公式1所示：
R＝(m1－m0)/t×100％
式中：m0—烧蚀前试样质量；m1—烧蚀后试样质量；t为烧蚀时间试样测量三次，取平均值。
ZM20复合涂层的XRD结果见图1，表明复合涂层在制备过程中粉体成分未发生明显氧化，ZM20复合涂层的截面形貌见图2，采用图像法测量孔隙率，约为8％，表明复合涂层结构较致密。
采用高温等离子体火焰对ZM20复合涂层进行烧蚀考核，采用热流密度计测量考核火焰的热流密度，采用双色红外测温仪测量烧蚀表面温度，考察复合涂层在高温、有氧、气流冲刷环境下的氧化烧蚀性能。产生高温等离子体火焰的设备为大气等离子体喷涂设备(A-2000，SulzerMetco AG，Switzerland)；测量烧蚀过程中涂层的表面温度高于2000℃；烧蚀火焰的热流密度为1.94MW/m2。图3为ZM20复合涂层经等离子体火焰烧蚀300s前后的宏观照片对比，ZM20复合涂层经过烧蚀考核由黑色转变为白色，表面完整，涂层紧密的覆盖在基体表面，未出现涂层剥落现象。ZM20复合涂层烧蚀300s的质量烧蚀率是-9.2×10-4g/s，相比对比例中的纯ZrC涂层(-2.8×10-3g/s)，降低了67％。表明ZM20复合涂层具有显著提高的抗氧化烧蚀性能。
采用氧-乙炔火焰对ZM20复合涂层进行烧蚀考核，采用双色红外测温仪测量烧蚀表面温度，考察复合涂层在高温、富氧、气流冲刷环境下的氧化烧蚀性能。测量烧蚀过程中涂层的表面温度约为1750℃，图4为ZM20复合涂层经氧-乙炔火焰分别烧蚀900s和1800s的宏观照片，涂层保持完整，紧密覆盖在基体表面，呈现良好的抗氧化烧蚀性能。
实施例2：
一种耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层，该涂层由60vol.％ZrC和40vol.％MoSi2组成。其中，ZrC粉体粒径范围为10～80μm，纯度为99.0wt.％，MoSi2粉体粒径范围为10～90μm，纯度为99.0wt.％。制备上述复合涂层按照下列步骤进行：
(1)以有SiC过渡层的C/C复合材料为基体，将基体表面进行喷砂处理，喷砂压强为0.2MPa，采用无水乙醇为介质，超声清洗2次，每次10分钟，在120℃烘箱内干燥2小时，备用；
(2)ZrC和MoSi2粉体按照体积比60:40，以无水乙醇为介质球磨混合4小时，在100℃烘干2小时，得到原料粉体，备用；
(3)采用真空等离子体喷涂技术，选用表2所列的工艺参数，在基体表面制备ZrC-40vol.％MoSi2(标记为ZM40)，复合涂层采用图像法测量孔隙率，约为6％，表明涂层结构致密。
采用实施例1中的高温等离子体火焰考核ZM40复合涂层的抗氧化烧蚀性能。图5为ZM40复合涂层烧蚀前和经等离子体火焰烧蚀300s后的宏观照片，表明ZM40复合涂层经过烧蚀考核由黑色转变为白色，表面光滑且涂层紧密的覆盖在基体表面，未出现涂层剥落现象。ZM40复合涂层烧蚀300s的质量烧蚀率为-6.8×10-4g/s，相比对比例中纯ZrC(-2.8×10-3g/s)，降低了76％。图6为ZM40涂层烧蚀300s的表面形貌图，结果显示ZM40复合涂层经烧蚀考核，表面生成大量的氧化产物SiO2，SiO2起到封填孔洞，阻隔氧气，粘结ZrO2颗粒的作用。图7为ZM40复合涂层采用等离子体火焰烧蚀300s的截面形貌图和截面Si元素的面分布图，截面形貌图说明烧蚀300s后，涂层分为三个区域，由外向内分别为未氧化区域(3)、部分氧化区域(2)和氧化区域(1)，在未氧化区域内Si元素分布集中且均匀，表明MoSi2未发生分解反应；在部分氧化区域内MoSi2发生了明显的分解，分解生成的Si有向外富集的趋势；最外层的氧化区域内Si元素明显增多，主要是以玻璃相的SiO2形式存在，这种结构这有利于阻碍氧气向涂层内部扩散，从而提高复合涂层的抗烧蚀性能。
实施例3
一种耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层，该涂层由80vol.％ZrC和20vol.％MoSi2组成。其中，ZrC粉体粒径范围为10～80μm，纯度为99.0wt.％，MoSi2粉体粒径范围为10～90μm，纯度为99.0wt.％。制备上述复合涂层按照下列步骤进行：
(1)以金属W为基体，将基体进行表面喷砂处理，喷砂压强为1MPa，采用无水乙醇为介质，超声清洗2次，每次10分钟，在100℃烘箱内干燥3小时，备用；
(2)ZrC和MoSi2粉体按照体积比80:20，以无水乙醇为介质球磨混合5小时，在100℃烘干2小时，得到原料粉体，备用；
(3)采用真空等离子体喷涂技术，选用表2所列的工艺参数，在基体表面喷涂ZrC-20vol.％MoSi2(标记为W-ZM20)复合涂层，复合涂层采用图像法测量孔隙率，约为8％，表明涂层结构致密。
采用实施例1中的高温等离子体火焰考核W基体表面W-ZM20复合涂层的抗氧化烧蚀性能。图8为W基体表面W-ZM20复合涂层烧蚀前和经等离子体火焰烧蚀300s后的宏观照片，W-ZM20复合涂层经过烧蚀考核由黑色转变为白色，涂层主体烧蚀后与基体结合良好，无剥落现象。基体侧面由于无涂层保护所以在烧蚀过程中基体侧面出现了氧化现象，产生边缘效应，但失去基体支撑的部分涂层与基体仍保持较好的结合。说明W-ZM20涂层在烧蚀过程中有效的对W基体进行了保护。
对比例：
选择粒径范围为10-80μm、纯度为99.0wt.％的ZrC粉体，以加有SiC过渡层的C/C复合材料作为基体，将基体表面进行喷砂处理，喷砂压强为0.2MPa，采用无水乙醇为介质，超声清洗2次，每次10分钟，在100℃烘箱干燥2小时，备用；采用真空等离子体喷涂技术，选用表2所列的工艺参数，在基体表面制备ZrC涂层，涂层采用图像法测量孔隙率，约为10％。采用实施例1中相同条件的高温等离子体火焰考核ZrC涂层的抗氧化烧蚀性能。图8为ZrC涂层采用等离子体火焰烧蚀前和烧蚀300s的宏观照片，ZrC涂层的质量烧蚀率是-2.8×10-3g/s。
表3基体表面不同组分涂层的烧蚀质量烧蚀率
Claims (6)
1.一种耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层，其特征在于，所述ZrC-MoSi2复合涂层由ZrC主相和MoSi2第二相组成，其中，所述MoSi2第二相的含量为5～45vol.%。
2.根据权利要求1所述的ZrC-MoSi2复合涂层，其特征在于，所述ZrC-MoSi2复合涂层的厚度为50～300μm。
3.一种权利要求1或2所述的耐高温抗氧化烧蚀ZrC-MoSi2复合涂层的制备方法，其特征在于，包括：
按照ZrC-MoSi2复合涂层的组成，分别称取ZrC粉体和MoSi2粉体，混合均匀后得到原料复合粉体；
采用真空等离子体喷涂工艺，将原料复合粉体喷涂到基体上，得到所述ZrC-MoSi2复合涂层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ZrC粉体粒径为5～90μm。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述MoSi2粉体粒径为5～90μm。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空等离子体喷涂工艺的参数包括：等离子体气体Ar：30～50slpm； 送粉载气Ar：2～10slpm；等离子体气体H2：2～20slpm；喷涂距离：120～350mm；喷涂功率：30～55kW；送粉速率：5～30rpm；喷涂压力：100～800mbar。
Priority Applications (1)
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| CN201711047492.XA CN109735787A (zh) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | 一种耐高温抗氧化烧蚀复合涂层及制备方法 |
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Cited By (3)
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| CN116444284A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-07-18 | 武汉理工大学 | 基于热力学计算的抗氧化复合材料筛选制备方法 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104193420A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | 一种碳/碳复合材料多层涂层及其制备方法 |
| CN105695917A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种耐高温抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层及其制备方法 |
| CN106588121A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-04-26 | 西北工业大学 | 一种SiC纳米线和SiC‑MoSi2‑CrSi2涂层共生长的制备方法 |
-
2017
- 2017-10-31 CN CN201711047492.XA patent/CN109735787A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104193420A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-12-10 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | 一种碳/碳复合材料多层涂层及其制备方法 |
| CN105695917A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种耐高温抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层及其制备方法 |
| CN106588121A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-04-26 | 西北工业大学 | 一种SiC纳米线和SiC‑MoSi2‑CrSi2涂层共生长的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曲栋等: "低压等离子喷涂ZrC/MoSi2抗烧蚀涂层性能研究", 《第二十届国际热喷涂研讨会暨第二十一届全国热喷涂年会论文集》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112501538A (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-16 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种耐高温抗烧蚀复合涂层及其制备方法 |
| CN115974561A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 内蒙古工业大学 | Mo-Si系金属硅化物/ZrC纳米复合粉体及其制备方法 |
| CN115974561B (zh) * | 2022-12-15 | 2024-01-16 | 内蒙古工业大学 | Mo-Si系金属硅化物/ZrC纳米复合粉体及其制备方法 |
| CN116444284A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-07-18 | 武汉理工大学 | 基于热力学计算的抗氧化复合材料筛选制备方法 |
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