Cr合金化對納米晶(MoxCr1-x)5Si3涂層抗氧化與耐磨損性能影響的研究.pdf

1、鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、造船等領(lǐng)域。但鈦合金的耐磨性和高溫抗氧化性能差等弱點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。運(yùn)用表面改性技術(shù)提高鈦合金的耐氧化和耐磨性能,具有重要的理論研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　 過渡金屬硅化物例如Mo-Si、Cr-Si、Ni-Si等,具有較高的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的抗氧化性能和磨損性能,是最有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但室溫韌性差嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用,而利用納米晶可以

2、有效改善金屬硅化物的本征脆性。
　　 因此本課題采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)在TC4合金表面制備了五種納米晶(MoxCr1-x)5Si3(x=1.00,0.78,0.75,0.64,0.57)涂層,擬改善TC4合金的耐磨性能和高溫抗氧化性能。采用X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡為手段對納米晶(MoxCr1-x)5Si3涂層的微觀組織和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析,結(jié)果表明:涂層組織均勻、連續(xù)、致密,平均晶粒尺寸大約8nm左右。涂層由沉積層

3、和擴(kuò)散層所構(gòu)成,外層沉積層的相組成為單相(MoxCr1-x)5Si3。采用納米壓入以及劃痕法對涂層的力學(xué)行為進(jìn)行測定,結(jié)果表明:相比文獻(xiàn)所報道的粗晶Mo5Si3,納米品Mo5Si3涂層的硬度明顯提高,并改善了其韌性。隨著納米晶(MoxCr1-x)5Si3涂層中Cr含量的增加,涂層的塑性功逐漸增大,硬度和彈性模量逐漸減小,涂層與基體的結(jié)合力逐漸提高,并且明顯改善了涂層晶格參數(shù)各向異性以及熱膨脹系數(shù)各向異性。對涂層在800℃條件下的等溫循環(huán)

4、氧化性能進(jìn)行了測定,結(jié)果表明:納米晶:Mo5Si3涂層在氧化10min后即發(fā)生PEST氧化,整體剝落。隨著納米晶(MoxCr1-x)5Si3涂層中Cr含量的增加,涂層抗氧化性能大幅度提升,尤其是納米晶(Mo0.57Cr0.43)5Si3涂層在氧化240h后生成的氧化膜與基體結(jié)合良好,沒有觀察到起皮、裂紋和剝落等現(xiàn)象,具有優(yōu)異的抗氧化性能。對涂層在室溫及高溫下的耐磨性能進(jìn)行了測定,結(jié)果表明:在相同實(shí)驗(yàn)條件下,高溫磨損條件下摩擦系數(shù)低于室溫