复合涂层:钽钨合金在高温世界中勇往直前的“铠甲”

在极端高温与恶劣环境的双重考验下,钽钨合金凭借其卓越的熔点、高温强度、耐磨性和抗蠕变性,在航空航天领域独领风骚,成为火箭发动机和喷嘴等关键部件的优选材料。然而,这一“超级合金”在面临400℃以上大气氧化时,却显得力不从心,氧化导致的性能衰退成为其广泛应用的较大桎梏。

钽钨合金法兰图片

为突破这一瓶颈,南昌大学与华东理工大学的研究团队携手并进,通过创新的浆料反应烧结与卤化物活化包埋胶结(HAPC)技术,在Ta-10W合金表面精心构筑了一层坚不可摧的复合涂层。这不仅仅是一层简单的保护膜,更是钽钨合金在高温世界中勇往直前的“铠甲”。

该复合涂层由TaSi2-WSi2内层和ZrB2-MoSi2-ZrSi2外层精妙组合而成,内外层之间实现了无缝衔接与功能互补。在烧结过程中,外涂层的Si元素巧妙渗透至基体,原位生成了强韧的内层,既增强了涂层与基体的结合力,又赋予了其独特的抗氧化特性。而外层则以其独特的化学成分,构筑起一道坚实的防线,抵御着高温与氧化的双重侵袭。

研究表明:在1500℃的高温下,经过6小时的等温氧化试验,涂层样品的质量增加仅为9.351mg/cm2,远低于未涂层合金的氧化速率。更令人瞩目的是,其表面形成了一层厚达166.9μm的致密SiO2氧化皮,这层“自愈”式的保护膜如同天然的盾牌,有效阻断了氧气对基材的进一步侵蚀。

钽钨合金喷嘴图片

此外,该复合涂层还展现出了惊人的抗热冲击能力,能够承受从室温至1500℃间高达300多次的热冲击循环而保持完好,这在高温材料领域无疑是一项重大突破。其优异的抗氧化性和抗热震性,不仅归功于各层之间良好的热兼容性,更离不开那层致密且自我修复的SiO2氧化皮,它如同一道坚不可摧的防线,守护着钽钨合金在高温环境中的安全与稳定。

该研究成果已以“Enhancing high-temperature oxidation resistance of tantalum-tungsten alloy with composite coatin”为题发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。

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