-110-織構銥涂層結構與性能研究.pdf

1、難熔金屬因其高溫強度高，所以在航空航天領域有重要的應用價值。然而，難熔金屬在高溫環(huán)境下易被氧化形成多孔甚至揮發(fā)性氧化物，致使其服役的溫度及壽命均受到極大限制。鉑族金屬具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，尤其是銥(Ir)具有極低氧滲透率和氧化速率，成為難熔材料表面超高溫抗氧化涂層的候選材料。本文采用雙層輝光等離子表面冶金技術在難熔工件表面制備了Ir涂層，研究了基體和雙輝工藝參數對Ir涂層組織結構的影響，分析了Ir涂層與基體界面形成過程，提出了Ir涂層<

2、110>織構形成機制與涂層的生長機理。研究了雙輝Ir涂層硬度、彈性模量、結合力和殘余應力。研究了Ir涂層高溫氧化燒蝕后形成微孔的機理。為了抑制微孔形成或使微孔能自愈合，對Ir涂層進行了摻Zr處理，研究了摻Zr對Ir涂層組織結構和性能的影響。
　　采用掃描顯微鏡、透射電鏡和原子力顯微鏡觀察表征了涂層的微觀組織結構;采用X射線能譜儀、X射線光電子能譜儀和電子探針X射線顯微分析儀檢測了涂層成分;采用電子背散射衍射技術測定了涂層的微觀織構

3、、晶界取向差和晶粒尺寸;采用X射線衍射儀鑒定了涂層物相、晶粒尺寸、宏觀織構和殘余應力;采用納米壓痕儀測試涂層表面硬度和彈性模量;采用劃痕儀測量涂層與基體間結合力;氬氣保護條件下對涂層進行1400℃×1.5h高溫熱處理，評價涂層高溫熱穩(wěn)定性。對涂層進行800℃～1000℃×1h氧化處理，采用耐馳熱分析儀對Ir涂層進行差熱和熱重分析，評價涂層高溫抗氧化性能。用氧-乙炔焰對涂層表面進行2000℃±100℃×35s燒蝕，評價涂層高溫抗燒蝕性能。

4、本文創(chuàng)新性的成果和結論如下:
　　(1)系統(tǒng)開展了雙輝等離子體沉積Ir涂層的研究，提出了Ir涂層的<110>織構的形成機制。<110>織構的形成機制是沉積初期原子低遷移速率，(111)晶面晶粒易生長，以及在沉積過程中的溝道效應的濺射機制。由于雙輝沉積技術具有反濺射特點，雙輝Ir涂層的<110>織構的形成機制是溝道效應的濺射機制，沉積層受到高能量濺射粒子的反濺射。由于晶粒的濺射產額存在各向異性，<110>晶向晶粒的濺射率較小能保存下

5、來并繼續(xù)長大，而其它晶向晶粒由于其濺射率較大，生長受到抑制。
　　(2)提出了雙輝<110>織構Ir涂層的生長模式，建立了Ir涂層界面形成過程模型，研究了雙輝Ir涂層的生長機理。Ir涂層生長模式是以島狀生長，涂層的生長機理是在沉積初期涂層生長主要受晶粒形核速率控制，隨著涂層繼續(xù)沉積，涂層生長主要受晶粒生長速率控制。
　　(3)研究了高溫真空熱處理、高溫氧化和高溫燒蝕后Ir涂層產生微孔的形成機理。熱處理后Ir涂層產生微孔的原因

6、是涂層再結晶、涂層缺陷聚集和Kirkendall效應;高溫氧化后涂層表面出現間隙是由于IrO3揮發(fā)所致;高溫燒蝕后涂層產生的微孔來自于Ir氧化物的揮發(fā)和氧通過涂層晶界快速擴散至界面形成氣態(tài)氧化物的逸出。
　　(4)提出了對Ir涂層摻Zr改性的新方案，通過Zr的氧化膨脹，對微納米孔進行彌合，改善了其高溫結構穩(wěn)定性。摻低含量Zr的Ir涂層比高含量Zr的Ir涂層的高溫穩(wěn)定性要好。經過800℃氧化后，Ir-25at.％Zr涂層表面保持完整