● 摘要
摘 要航空航天事业的快速发展对材料的要求不断提高，铌合金及Nb-Si系金属间化合物具有熔高点、密度低以及优良的高温强度，成为未来高性能燃气涡轮发动机材料最有力的竞争者。但是铌及其合金的抗氧化能力极差，使得它在热环境中的应用受到了限制。因此发展高温防护涂层技术成为该类材料应用的主要方向。近年来，由于Mo(Si,Al)2的高熔点和优异的抗氧化性能，作为高温抗氧化涂层已经引起了世界范围的广泛关注。而且，Mo(Si,Al)2已经克服有些金属间硅化物在较低高温下由于氧化会产生严重的“pest”粉化现象这个缺点。目前，在Nbss/Nb5Si3原位复合材料上利用等离子喷涂Mo(Si,Al)2涂层的研究还是鲜有报道，所以有必要对Mo(Si,Al)2合金的抗氧化性以及作为Nbss/Nb5Si3原位复合材料抗氧化涂层的性能进行研究。利用电弧熔炼技术制备了三种不同成分的Mo-Si-Al合金，并用等离子喷涂在Nbss/Nb5Si3原位复合材料上制备了Mo(Si,Al)2涂层。采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了涂层氧化前后的微观结构变化，用能谱分析(EDS)分析了涂层的成分变化。研究结果表明，成分为Mo-47Si-33Al的合金的组成为Mo(Si,Al)2和少部分Si。在空气中恒温氧化100h后， Mo-47Si-33Al合金氧化增重为0.68 mg/cm2，其抗氧化性能最好。Mo-47Si-33Al合金经1523K高温氧化100h后，合金表面生成的主要氧化物为α-Al2O3。采用等离子喷涂方法在Nb-Si合金（Nb-22Ti-16Si-17Cr-2Al-2Hf）表面制备了Mo(Si,Al)2复合涂层，最外层为具有C40结构的Mo(Si,Al)2，底层为互扩散层。在1250℃氧化100h后Mo(Si,Al)2涂层表现出了优异的抗氧化性能和对基体的粘附性。氧化增重曲线符合抛物线规则，在高温下氧化100h后，单位表面积增重仅为8.24mg/cm2。氧化后，涂层表面生成了一层连续且致密的Al2O3膜，涂层表面没有观察到明显的裂痕。α-Al2O3氧化层有效地阻止了外界氧气与基体的扩散，使基体抗氧化性能大大提高。对多元多相互扩散现象进行了研究，计算了Nb、Mo、Si三种元素在Nb5Si3和(Nb,Mo)5Si3两相区内的互扩散通量和互扩散系数。三种元素的互扩散通量数量级都为10-11，互扩散系数的数量级在10-14-10-15范围内。关键词：等离子喷涂，高温氧化，Mo-Al-Si涂层，Al2O3氧化物 ，互扩散