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耐磨损耐烧蚀防护涂层

时间:2019-04-09 19:39:03  来源:  作者:

 航空航天、军事工业中很多的关键部件在高温条件下工作,受到热、机械以及化学三种过程的交互作用,烧蚀磨损严重。因此,在高温下具有良好磨损烧蚀性能的材料是尖端工业领域的迫切需求。磨损与烧蚀是热力学、机械以及化学三种过程交互親合而造成的材料表面破坏现象。在磨损烧烛工况下,工件表面不断发生材料的流失、表面化学成分变化、形成热影响层以及表面的开裂,表面的局部破坏最终将导致整个工件失效,造成巨大的资源浪费、经济损失,甚至还构成安全威胁。
鉴于磨损与烧蚀仅发生在工件表面,在工件表面制备耐磨损耐烧蚀防护涂层,是一种可行的解决方案。传统的镀铬涂层具有较高的溶点、较低的摩擦系数可减缓磨损与烧蚀提高工件寿命。但随着实际工况变得更加严苟,键铬层硬而脆、固有微裂纹易扩展从而脱落,六价络工艺高污染等问题也越来越凸显。更高性能的镀层需要满足:高溶点;良好的高温强度;可抵抗反应性气体的烧烛;热机械性能与钢材相匹配;与基体结合良好;且需一定厚度以保护工件由于热作用引起的机械强度降低。难溶金属钽(Tantalum,Ta)是良好的候选材料,其良好的高温机械性能满足磨损与烧蚀工况的要求,钽涂层合理的开发利用可以提高磨损烧烛工况下的工件寿命、节约资源,同时还能够获得良好的经济效益和安全保障。磨损与烧蚀是材料在热一化学一机械(Thermal-chemical-mechanical)三因素共同親合作用下发生的复杂的物理化学现象主要涉及热烧烛、化学烧蚀、机械磨损过程,其中热力学因素在大部分情况下是主导因素。在某些极端工况下,工件表面的温度高达2200 ̄3500°C,其中约五分之一的热量为工件材料吸收,但是热作用时间为l。工件表面热量来不及向外传递,存在较大的温度梯度,由此造成的热应力也是涂层容易开裂、脱落的原因之一。此外,高温也加剧了反应性气体与工件表面金属的化学作用,使得低溶点金属氧化物的形成,这就进一步促成了工件表面局部区域的融化。而融化的区域则会在气体的冲刷与机械磨损下被逐渐剥离,这种烧蚀磨损比正常磨损快很多倍。

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