C-C復(fù)合材料表面等離子滲鋯、鉻涂層及其高溫氧化性能.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、抗熱震、耐燒蝕、高熱導(dǎo)率和比重小等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、醫(yī)療及民用領(lǐng)域。航空航天技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展及高科技尖端武器研發(fā)水平的快速提高，對(duì)于作為熱結(jié)構(gòu)材料的C/C復(fù)合材料，服役條件也隨之變得更加嚴(yán)苛，其在極端環(huán)境下的氧化行為對(duì)武器裝備性能的影響也越來(lái)越突出。施加抗氧化涂層是目前改善其抗氧化性能的一種有效手段。本課題采用雙層輝光等離子體表面冶金技術(shù)，在C/C復(fù)合材料表面分別制備鋯、鉻涂層及鋯、鉻、鋯

2、-鉻與鎳的復(fù)合涂層，研究刻蝕和施加鎳過(guò)渡層對(duì)涂層組織、結(jié)構(gòu)的影響，并分析不同滲金屬時(shí)間形成的鎳+鋯、鎳+鉻及鎳+鋯-鉻復(fù)合涂層組織、結(jié)構(gòu)及成分。研究?jī)?yōu)選工藝條件下制備的復(fù)合涂層的抗氧化性能以及氧化機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　（1）利用雙輝等離子表面冶金技術(shù)在C/C復(fù)合材料表面直接滲鋯、滲鉻，分別形成厚約6.5μm、5.5μm的涂層。所得滲鋯涂層主要由富鋯層、鋯-碳擴(kuò)散層（主要含ZrC、Zr3C2、ZrC0.7）組成，滲鉻涂層主要由富

3、鉻層、鉻-碳擴(kuò)散層（主要含Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2）組成。滲鋯與滲鉻涂層與C/C復(fù)合材料基體間均存在裂縫，且表面出現(xiàn)局部剝落。
　　（2）C/C復(fù)合材料基材在滲金屬之前進(jìn)行不同時(shí)間刻蝕處理，刻蝕60min時(shí)，炭纖維之間留下大量蜂窩狀孔隙，刻蝕時(shí)間繼續(xù)增加，試樣表面開(kāi)始出現(xiàn)大量碳球，對(duì)C/C復(fù)合材料造成損傷。
　?。?）刻蝕后的C/C復(fù)合材料基材經(jīng)滲鋯和滲鉻后，在表面均形成厚約6μm左右的致密涂層，涂層物相分別為Z

4、r、ZrC、Zr3C2、ZrC0.7相和Cr、Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2相?？涛g后炭纖維之間產(chǎn)生的孔隙有助于元素的相互擴(kuò)散，兩種涂層與C/C復(fù)合材料基體之間形成釘扎結(jié)構(gòu)，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度提高。
　?。?）刻蝕后的C/C復(fù)合材料滲鎳后，在其表面形成厚約27μm的滲鎳過(guò)渡層。該過(guò)渡層與C/C復(fù)合材料基體致密結(jié)合，將基材表面碳纖維致密包裹，無(wú)裂紋等缺陷存在。涂層由富鎳表層和鎳-碳擴(kuò)散層組成。
　　（5）刻蝕+滲鎳后的

5、C/C復(fù)合材料經(jīng)滲鋯、滲鉻及鋯-鉻共滲后，形成鎳+鋯、鎳+鉻、鎳+鋯-鉻復(fù)合涂層。當(dāng)滲金屬4h時(shí)，鎳+鋯、鎳+鉻、鎳+鋯-鉻復(fù)合涂層厚度分別58μm、56μm、44μm。三種復(fù)合涂層與C/C復(fù)合材料基體以及涂層與涂層之間結(jié)合良好。鎳+鋯涂層組成相包括NiZr2、ZrC、Zr相，鎳+鉻涂層由Cr、Cr23C6、{Cr,Ni}、Ni、C相組成，鎳+鋯-鉻涂層主要含Cr、ZrC、Zr相。隨保溫時(shí)間增加，三種涂層組成相的衍射峰強(qiáng)度有所變化。

6、r>　?。?）900C空氣中氧化結(jié)果表明，未處理的C/C復(fù)合材料基材被迅速氧化，暴露3h失重即到達(dá)132.23mg/cm2，刻蝕+滲金屬后的抗氧化性能較基材有所改善。尤其是刻蝕+滲鎳+滲鉻試樣氧化4h時(shí)得失重僅0.35mg/cm2，表面形成連續(xù)致密的Cr2O3氧化膜，抗氧化性能明顯提高?？涛g+滲鎳+滲鋯試樣氧化30min時(shí)失重5.29mg/cm2，表層ZrO2氧化膜剝落，氧化加速?？涛g+滲鎳+鋯-鉻共滲后試樣氧化30min時(shí)的失重為2.