塗層製備方法對W基材料氧化行為的影響

W及其合金表面的矽化物塗層的製備過程和氧化特性概要圖片

研究人員總結了不同W基材料塗層製備方法對塗層組成和氧化行為的影響。可以看出,矽化物塗層主要由一個厚的WSi2層和一個薄的W5Si3層組成。由於擴散溫度相對較低,HAPC塗層需要更長的時間。在1100℃下處理4~15小時後,塗層的厚度只有30~60 µm。然而,使用CVD技術,在1200℃下沉積0.5~1小時,塗層的厚度可以達到50~80 µm。相比之下,HDS技術的塗層製備效率非常高。通過在1500℃下沉積0.25~0.42小時,可以得到厚度為36~88 µm的塗層。

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使用熱浸鍍矽法製備Si-WSi2塗層

純W和W基合金在1000溫度下氧化15小時後的mS值與曝光時間的關係圖片

研究人員通過熱浸鍍矽法(HDS)在鎢基材上製備Si-WSi2塗層。HDS是在高溫下,將固體滲源放入坩堝中,加熱至完全熔化,並保持一定時間的溫度。然後將加工好的樣品慢慢放入坩堝中,通過基材和熔體之間的相互滲透在基材表面形成塗層。這種方法被認為是一種經濟有效的塗層製備方法,它具有製備時間短、沉積溫度高、塗層成分均勻、表面光滑、結構緊湊等特點。

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W基合金的抗氧化塗層

合金在1000攝氏度下60小時的氧化試驗曲線圖片

W基合金表面的抗氧化塗層塗層技術是材料表面氧化保護的重要措施,已被廣泛應用於難熔金屬的氧化保護。其中,鹵化物活化包固法(HAPC)、化學氣相沉積(CVD)技術、熱浸矽化(HDS)技術因其優良的工藝條件,在W基材料的氧化保護方面贏得了更多研究者的青睞。

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通過CVD製備的WSi2/β-SiC納米複合塗層

不同條件下的氧化Si2塗層的橫截面形態圖片

WSi2/β-SiC納米複合塗層可通過兩步化學氣相沉積(CVD)工藝獲得的。EPMA結果顯示,碳化物塗層由WC層和W2C層組成,相應的厚度分別為2和17µm。隨後在1200℃下矽化30分鐘,得到了厚度約為50µm的WSi2層。

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W基合金的氧化機制

不同合金在HIP後的表面形態和合金在1000攝氏度氧化後的SEM圖片

W基合金的氧化機制和失效機制表明氧化過程可以分為兩個不同的階段。氧化膜的形成速度和結構的穩定性是影響W-Cr合金的抗氧化性的關鍵因素。Si和Cr元素很容易被氧化,形成穩定的保護膜。因此,W-Si基合金和W-Cr基合金的氧化特性已經得到了廣泛的研究。

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