多弧離子鍍制備三元層狀陶瓷Cr2AlC涂層及其性能研究.pdf

1、三元層狀陶瓷Mn+1AXn相結(jié)合了金屬和陶瓷的優(yōu)異性能，具有潛在的廣泛應(yīng)用前景。而其中的Cr2AlC因為其優(yōu)良的抗高溫氧化和抗熱腐蝕性能而受到人們的廣泛關(guān)注。但是作為一種陶瓷材料，合成大尺寸的Cr2AlC還存在困難，限制了其實際的應(yīng)用。而Cr2AlC涂層的制備對于克服塊體材料制備上的限制，具有重要的實用價值。然而，目前對于Cr2AlC涂層，僅限于通過磁控濺射技術(shù)沉積制備，采用多弧離子鍍技術(shù)沉積Cr2AlC涂層尚未有報道。本文以高溫合金M

2、38G為基體，采用多弧離子鍍技術(shù)沉積了Cr2AlC涂層。利用XRD、SEM(EDS)、EPMA等分析檢測手段，分析了涂層的微觀組織、表面形貌、截面結(jié)構(gòu)、元素成分。采用維氏硬度計、ROMULUS IV拉脫實驗儀研究了涂層的硬度，膜-基結(jié)合強度等力學(xué)性能。通過恒溫氧化和循環(huán)氧化研究了Cr2AlC涂層的抗高溫氧化性。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)通過原位熱壓法制備了Cr2AlC靶材，經(jīng)XRD分析，靶材為純度很高的Cr2AlC相。采用Cr

3、2AlC為陰極靶材，在高溫合金M38G上沉積了Cr2AlC涂層。XRD分析表明室溫下沉積得到的涂層為非晶態(tài)。
　　(2)采用多弧離子鍍制備Cr2AlC涂層的過程中，單個Cr2AlC靶材得到的涂層中存在較多的Al和C的缺位，因此需要通過同步補充Al和C元素來獲得符合Cr2AlC計量比的涂層。
　　(3)由于在室溫下沉積得到的涂層為非晶態(tài)，因此我們采用對涂層進(jìn)行退火處理的方法使其轉(zhuǎn)變成品態(tài)。結(jié)果表明，1000℃高真空下及850℃

4、純Ar氣氛圍中退火，涂層中Al會快速揮發(fā)掉，只能得到Cr-C化合物。而620℃Ar氣氛下20h是較適宜的退火工藝，可以得到以Cr2AlC為主相的涂層。
　　(4)對以Cr2AlC為主相的涂層的力學(xué)性能和抗高溫氧化性進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明涂層同基體間結(jié)合良好，膜-基交界處并沒有出現(xiàn)涂層被掀起的形態(tài)，膜-基結(jié)合強度高達(dá)69 MPa;同時，涂層表面大顆粒及Cr2Al金屬化合物的存在，使涂層具有很高的硬度;氧化實驗證明1000℃氧化初期，涂