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鎢坩堝廠家介紹難熔金屬的表面抗氧化涂層

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鎢坩堝廠家介紹難熔金屬的表面抗氧化涂層

發布日期:2018-06-04 作者: 點擊:

鎢坩堝廠家

  難熔金屬包括鎢、鉬、鉭、鈮、錸,憑借其優異的高溫力學性能,在航天領域有著廣泛的應用,其中雙組元液體火箭發動機推力室是其主要應用方向之一。發動機推力室燃料燃燒溫度可達 2700℃,雖然在內壁采用了液膜冷卻技術,但壁面溫度仍然高于 1000℃,難熔金屬在此環境下易發生氧化,如鈮合金在 600℃以上就會發生災難性氧化。因此,難熔金屬表面必須涂覆高溫抗氧化涂層進行防護。據鎢坩堝廠家了解,到目前為止,取得了廣泛應用的高溫抗氧化涂層主要有硅化物和貴金屬涂層。

  一.硅化物涂層。

  硅化物涂層應用于高溫氧化環境下,對基材起到良好的防護作用??寡趸牟⒎鞘枪杌锉旧?,而是硅化物氧化時在涂層表面形成的致密 SiO2層,其阻擋了氧向內擴散。除此之外,硅化物形成的 SiO2為玻璃相,在高溫下具有流動性,能夠彌補涂層氧化過程中產生的裂紋、孔洞等缺陷,進一步提高了硅化物在高溫氧化環境下的防護能力,即所謂的“自愈合”能力。硅化物涂層在使用過程中,SiO2的形成和 Si 元素的損耗同時進行,隨著時間延長,當生成的 SiO2不足以形成完整致密的表面層或者無法彌補涂層中不斷增多的缺陷,氧就會滲透至基材導致其氧化,并失效破壞。

  硅化物涂層是目前應用較為廣泛的涂層,以美國的 R512A 和俄羅斯的 MoSi2為代表。R512A的主要成分為 Si-20Cr-5Ti,采用料漿燒結法制備于鈮鉿合金表面,80~150μm的涂層防護壽命在 1371℃下為 100 h。此涂層應用R-4D等發動機上,成功應用于“阿波羅”登月計劃登月艙和服務艙上的姿態控制。

  二.Re(錸)基材/Ir(銥)涂層體系。

  理論計算表明,Ir 涂層是 Re 表面抗氧化防護的理想涂層,壽命可完全滿足使用需求。Re /Ir 推力室是目前使用溫度高并極具發展潛力的材料體系,這個體系抗氧化主要依靠其高熔點以及低氧滲透率,屬于無化學反應的純物理防護。其防護性能取決于材料熔點、揮發性氧化物生成的耗損速率及涂層與基材的互擴散速率。Re /Ir 材料的應用可行性來自兩個方面: 一是 Ir 的熔點為2447℃,1200℃以上無氧化物生成,且2200℃下,氧滲透率僅有 10-14g·cm-1?s-1; 二是 Re與Ir 熱線膨脹系數接近,Re為 6.63×10-6/K, Ir為6.4×10-6/K,保證了高溫應用時二者之間的結合強度。對Re基材/Ir涂層的結構體系而言,其材料失效主要取決于二者的互擴散。由于 Re 抗氧化能力差,當Re擴散至Ir 涂層表面并且原子百分比超過20%時,Ir 涂層將迅速失效。我國航天材料及工藝研究所的粉末冶金/電弧沉積Re/Ir 推力室技術目前已具備短噴管制備能力,并通過300s地面試車,試車高溫度為2090℃,涂層完好。試樣性能目前已達到2000℃下壽命不低于7 h,2000℃到室溫熱震次數不低于 500次。


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