W合金表面制備W-Si-ZrO2-Y2O3高溫抗氧化涂層工藝及性能研究

1.前言 難熔金屬及其合金材料具有高熔點(diǎn)、高抗熱沖擊、高的高溫強度及導電、導熱性、低的熱膨脹系數等優(yōu)異的高溫性能。W作為一種典型難熔金屬，被廣泛應用于超高溫領(lǐng)域[1-4]。然而W及其合金材料高溫抗氧化性能差，1200℃左右將發(fā)生災難性氧化破壞致使材料失效，從而嚴重制約了W及其合金材料在超高溫領(lǐng)域的應用[5-6]。隨著(zhù)航空航天科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，超高溫、長(cháng)時(shí)間、強氧化等服役環(huán)境對難熔金屬超高溫、長(cháng)時(shí)間抗燒蝕性能提出苛刻要求。國內外學(xué)者為提高難熔金屬高溫抗氧化性能開(kāi)展了大量研究，其中表面防護涂層技術(shù)成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。 近年來(lái)，硅化物涂層以其優(yōu)異的高溫抗氧化性能成為當前國際上主流的高溫抗氧化涂層體系，其制備方法主要包括反應燒結法、包滲法和熱噴涂等。 國外硅化物涂層研究以美國的Durak—B(MoSi2添加Zr、B)涂層和俄羅斯的MoSi2涂層為代表，并在其多個(gè)航空航天器上得到應用，應用對象主要為鈮合金、鉭合金和鉬合金高溫結構部件。Durak—B圖層采用包滲法制備于鉬合金表面，20世紀60年代大量應用于阿波羅服務(wù)艙和月球艙發(fā)動(dòng)機;俄羅斯的MoSi2涂層采用CVD或PVD沉積鉬層后包滲的工藝制備于鈮鎢合金(Nb521)表面，靜態(tài)1 800℃下壽命可達10～20 h，廣泛應用于衛星、空間站及航天飛機。在國內，硅化物涂層是目前型號應用的唯一涂層，以航天材料及工藝研究所的“815”及“056”涂層為代表，大氣1600℃氧化壽命不低于10h，應用與神舟飛船推進(jìn)艙姿控、變軌、制動(dòng)發(fā)動(dòng)機等[7]。然而，面對現階段≥1700℃超高溫條結構部件的性能需求，研究難熔金屬W及其合金表面的超高溫抗氧化涂層具有極大的應用意義。目前，國內外關(guān)于這方面的報道較少。本文采用料漿多步反應燒結法在W基合金表面制備W-Si-ZrO2-Y2O3涂層，并對其制備工藝、組織形貌及高溫抗氧化行為展開(kāi)了初步研究。 2.實(shí)驗 本實(shí)驗基材采用粉末冶金方法制備的W基合金，采用線(xiàn)切割將其加工成90mm×10mm×2mm長(cháng)條狀試樣，經(jīng)砂紙打磨、酸洗、堿洗、酒精超聲波清洗、干燥備用。 將高純度W粉(純度≥99%，粒度≤10μm)、ZrO2粉(純度≥99%，粒度≤10μm)、Y2O3粉(純度≥99%，粒度10≤μm)、Si粉與粘接劑及燒結助劑混合，以無(wú)水