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TiB2-SiC 复合涂层热稳定性能的测定

时间:2021-11-08 09:38:15  来源:  作者:

 

1 TiB2-SiC 复合涂层900 ℃水淬循环后形貌,其中图1a)为喷涂原始试样,图1b-d)为TiB2-5 wt%SiC 复合涂层,图1e-g)为TiB2-20 wt%SiC 复合涂层。由图1b-d)可见,当冷热循环次数为5 次时,涂层试样边缘开始出现小面积剥落。随着循环次数的增加,边缘剥落面积也逐渐增加。当循环次数增加到19 次时,剥落面积达到涂层试样面积三分之一,热冲击循环试验结束。在整个冷热循环过程中,涂层与基体结合相对较好,无明显的鼓起和剥落台阶,始终为边缘剥落。究其原因可能是TiB2-5 wt%SiC 复合涂层在整个冷热冲击循环过程中,不断以微裂纹的形成和扩展来释放热应力,有效防止了涂层的鼓起、剥落。由图1e-g)可见,在同样900 ℃热冷循环过程中TiB2-20 wt%SiC 复合涂层的剥落起始次数为2 次,也是源于边缘的剥落。当冷热循环次数增加到第8 次时,涂层试样出现大面积鼓起,涂层循环失效。

1 两种TiB2-SiC 复合涂层900 ℃冷热冲击的宏观形貌

2TiB2-SiC 复合涂层1 000 ℃热震形貌,其中图2a-c)为TiB2-5 wt%SiC 复合涂层,图2d-f)为TiB2-20 wt%SiC 复合涂层。由图2a-c)可见,当冷热循环次数为3 次时,涂层表面开始出现微裂纹,边缘局部翘曲,但无明显剥落。当热冷循环次数增加到5 次时,裂纹尺寸增大,边缘小面积剥落,翘曲区域增加。随冷热循环次数增加到12 次,剥落面积达涂层面积三分之一,试验结束。由图2c)可见,涂层主要为中心位置大面积剥落,边缘与基体结合相对完整。其原因可能与涂层在不断冷热循环下,裂纹扩展相互贯通形成网络块状,在应力作用下大面积剥落。由图2d-f)可见,当冷热循环次数为3 次时,涂层表面开始出现较大尺寸的裂纹,边缘也出现不同程度翘曲和小面积剥落。当循环次数增加到5 次时,涂层因翘曲扩大出现大面积剥落。循环次数进一步增加(第9 次),剩极少部分涂层留于基体上,冷热循环试验结束。

2 两种TiB2-SiC 复合涂层1 000 ℃冷热冲击的宏观形貌

通过对比含5 wt%20 wt%SiC 制备复合涂层在900 ℃和1 000 ℃条件下的冷热循环结果可知,当SiC含量为5 wt%时,制备的复合涂层表现出更为优异的热冲击性能。其原因之一在于涂层中存在良好热稳定性和低热膨胀系数SiC 相;其二在于涂层相对致密的显微结构。

3为等离子喷涂TiB2-SiC 复合涂层高温氧化过程中质量的变化曲线。由图3 可见,涂层质量均先增加(40 min以内)后趋于稳定状态。对于TiB2-5 wt%SiC 复合涂层而言,其质量由原样质量0.134 4 g 增加到0.149 5 g, 质量增幅11.24%。对于TiB2-20 wt%SiC 复合涂层而言,其质量由初始质量0.168 8 g 增加到0.191 2 g,增幅13.27%。究其原因在于随团聚复合粉中SiC 含量增加,涂层中SiC 相和氧化相含量也随着增加, 以及高温氧化过程中与氧气反应形成SiO2相的结果。此外,由于SiC TiB2 相密度分别为3.22 g·cm-34.52 g·cm-3, 而SiO2TiO2 B2O3 相密度分别为2.22~2.663.8~4.11.81 g·cm-3,表明氧化过程中形成了低密度氧化物。这也解释了TiB2-SiC 复合涂层冷热循环过程中出现裂纹、翘曲,且随SiC 含量的增加,这种现象越发显著的原因。

3两种TiB2-SiC 复合涂层氧化过程中质量变化曲线


 

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