自钝化钨合金及表面涂层保护技术

WSi2涂层在W和W基合金上的氧化失效机制示意图片

为了解决W及W基合金在高温下抗氧化性差的问题,研究人员总结了自钝化钨合金及表面涂层保护技术。优化合金的制备工艺(HIPed合金的热处理等)可以有效减少或消除其内部的裂纹和孔洞、热应力和残余应力,从而降低其表面的粗糙度和孔隙率。此外,还可以加入一些有益元素(Ti、Zr、Y、Nb等)来提高W基合金的高温强度,减缓Cr阳离子的扩散,促进氧化膜的形成。

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涂层制备方法对W基材料氧化行为的影响

W及其合金表面的硅化物涂层的制备过程和氧化特性概要图片

研究人员总结了不同W基材料涂层制备方法对涂层组成和氧化行为的影响。可以看出,硅化物涂层主要由一个厚的WSi2层和一个薄的W5Si3层组成。由于扩散温度相对较低,HAPC涂层需要更长的时间。在1100℃下处理4~15小时后,涂层的厚度只有30~60 µm。然而,使用CVD技术,在1200℃下沉积0.5~1小时,涂层的厚度可以达到50~80 µm。相比之下,HDS技术的涂层制备效率非常高。通过在1500℃下沉积0.25~0.42小时,可以得到厚度为36~88 µm的涂层。

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通过CVD制备的WSi2/β-SiC纳米复合涂层

不同条件下的氧化Si2涂层的横截面形态图片

WSi2/β-SiC纳米复合涂层可通过两步化学气相沉积(CVD)工艺获得的。EPMA结果显示,碳化物涂层由WC层和W2C层组成,相应的厚度分别为2和17µm。随后在1200℃下硅化30分钟,得到了厚度约为50µm的WSi2层。

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使用热浸镀硅法制备Si-WSi2涂层

纯W和W基合金在1000温度下氧化15小时后的mS值与曝光时间的关系图片

研究人员通过热浸镀硅法(HDS)在钨基材上制备Si-WSi2涂层。HDS是在高温下,将固体渗源放入坩埚中,加热至完全熔化,并保持一定时间的温度。然后将加工好的样品慢慢放入坩埚中,通过基材和熔体之间的相互渗透在基材表面形成涂层。这种方法被认为是一种经济有效的涂层制备方法,它具有制备时间短、沉积温度高、涂层成分均匀、表面光滑、结构紧凑等特点。

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W基合金的抗氧化涂层

合金在1000摄氏度下60小时的氧化试验曲线图片

W基合金表面的抗氧化涂层涂层技术是材料表面氧化保护的重要措施,已被广泛应用于难熔金属的氧化保护。其中,卤化物活化包固法(HAPC)、化学气相沉积(CVD)技术、热浸硅化(HDS)技术因其优良的工艺条件,在W基材料的氧化保护方面赢得了更多研究者的青睐。

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