Mo是一种贵重的稀有金属,具有熔点高、密度大、硬度高、高温强度高及耐电弧烧蚀、耐腐蚀、耐磨等优良性能,同时还具有导热率高、热膨胀系数较低等特点( 抗热冲击性能优异)。近年来,热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层应用已经从传统的汽车机械零件生产和修复强化向航天航空、医学及新概念武器等高科技领域延伸。如美海军为提升电磁轨道炮使用寿命, 开发出高强度、高导电性的难熔涂层( 主要为 Mo /Ta 合金)。因该涂层的研发属于军事机密, 其具体制备工艺尚未公开, 但就目标零件规模及修复尺寸来看,热喷涂技术极有可能为美军所采用。
众所周知,绝大多数的重大科学研究发明是率先应用于军事领域的。从 Mo /Ta 合金涂层用于提高电磁轨道炮轨道材料服役寿命来看, Mo 基复合涂层在军工装备性能提高和维修保障应用上可能有所突破。热喷涂 Mo /Ta 合金涂层的研究目前国内外未见相关报道。季鑫曾研究了磁控溅射 Mo /Ta 高温涂层的制备工艺和性能, 并讨论了第三组元Al 和 N 对涂层性能的影响,但并未涉及涂层的耐磨性及烧蚀性能, 且涂层最大厚度仅为 1.2 nm。在电磁轨道炮研究初期, Nelson Colon 等人曾采用等离子体注入及离子束辅助沉积 TaN, TiN 对轨道( Cu 基复合材料) 和铝电枢表面进行强化, 对比实弹射击试验后的损伤程度发现,提高了摩擦磨损和抗电弧侵蚀性能。热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层熔点高、硬度大且具有一定的导电性,针对国内电磁轨道炮轨道及电枢材料难以突破,实弹射击后表面损伤严重以致寿命短的现状,采用热喷涂技术进行强化, 既保护了基体材料, 又满足武器装备维修保障再制造成形要求,因此打破以添加常规耐磨剂( Ni, Cr, B, Si 及碳化物、氮化物等) 来提高 Mo 基复合涂层综合性能的固定思维,探索新型 Mo 基复合涂层以满足新概念武器复杂恶劣的工况条件,具有非常重要的研究意义。
Mo 基复合涂层在航空航天装备关键部位的抗烧蚀强化方面也得到了初步应用。在航空航天领域超高温环境下,最常采用的材料是低密度、高导热、低热膨胀及良好保持超高温机械性能的碳纤维增强型 C /C 复合材料。该材料被广泛应用于火箭发动机、机翼边沿、螺旋桨叶片导边、叶轮叶片等部位, 但在超过723 K 的高速含氧气流下, 氧化烧蚀剥离损伤严重,这限制了其在超音速航空航天器组件中的应用。
热喷涂工艺种类多且灵活方便, 既适用大型工件,又适用孔类薄壁类零件。航空航天领域的零部件形状复杂,种类繁多,下阶段的研究重点是寻求 MoSi2以外,综合性能更为优异的热喷涂 Mo 基复合涂层,在满足服役性能前提下,适应大型工业体系化生产或维修,以实现性能卓越兼顾循环寿命长久的双重目标。热喷涂技术是表面工程的关键技术之一, 也是机械零件生产和修复强化中应用最为广泛的方法之一。进一步扩大 Mo 及 Mo 基复合涂层的应用范围, 特别是新领域范围内的应用, 实现在贫油减摩、高温高速耐磨、高温耐腐蚀及氧化等复杂环境下的有效应用,对加速热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层发展具有重要意义。加强材料组分设计和工艺优化研究, 将成为未来热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层的发展趋势, 未来的研究应集中在以下几个方面: 1) 开发具有纳米尺寸的新型涂层强化颗粒,满足与纳米级 Mo 粉性能的相互匹配, 充分发挥不同纳米材料间的协同效应; 2) 加强热喷涂 Mo 及 Mo 基复合涂层材料在应用区分上的商业产品体系化发展, 形成相应的产业化和市场化链条;3) 大力推进新兴热喷涂技术在 Mo 及 Mo 基复合涂层方面的工艺优化研究,争取早日实现工业化应用。

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