等离子喷涂制备MoSi2-CoNiCrAlY纳米复合涂层的结构与性能.pdf

—等离子喷涂制备ＭｏＳｉｚＣｏＮｉＣｒＡ１Ｙ纳米复合涂层的结构与性能１７等离子喷涂制备ＭｏＳｉ２一ＣｏＮｉＣｒＡＩＹ纳米复合涂层的结构与性能ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭｏＳｉ２一ＣｏＮｉＣｒＡ１Ｙ—ＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏａｔｉｎｇｂｙＰｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇ刘名涛，钟喜春，刘仲武，曾德长，李周，张国庆（１华南理工大学材料科学与工程学院，广州５１０６４０；２北京航空材料研究院先进高温结构材料国家重点实验室，北京１０００９５）———ＬＩＵＭｉｎｇｔａｏ，ＺＨＯＮＧＸｉｃｈｕｎ，ＬＩＵＺｈｏｎｇｗｕ，——ＺＥＮＧＤｅｃｈａｎｇ，ＬＩＺｈｏｕ。，ＺＨＡＮＧＧｕｏｑｉｎｇ（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ。ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）——摘要：以高能球磨法制备的ＭｏＳｉｚＣｏＮｉｃｒＡ１Ｙ复合粉末为喂料，利用等离子喷涂技术在ＧＨ４１６９合金表面沉积了Ｍｏ—ＳｉｚＣｏＮｉＣｒＡ１Ｙ涂层，采用Ｘ射线衍射仪、激光粒度分析仪和扫描电镜分析了粉末喂料及涂层的相组成和微观结构，并对涂层的显微硬度、抗热震性以及低温氧化行为进行了研究。结果表明：采用高能球磨法制备的粉末喂料是由细小纳米晶组成的多晶体，略为过筛后可直接用于热喷涂；制备的涂层组织致密，孑Ｌ隙率低，且与基体形成了一定的冶金结合；其℃显微硬度服从威布尔分布，平均硬度值高达８５４．４ＨＶ，热震失效寿命长达２７次，５００氧化１２０ｈ后质量增加仅为“”０．０８３ｍｇ／ｃｍ，且未发生ＭｏＳｉ２的低温粉化现象。—关键词：ＭｏＳｉｚＣｏＮｉＣｒＡ１Ｙ；纳米复合涂层；硬度分布；抗热震性；低温粉化ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１４．０５．００４中图分类号：ＴＧ１７４．４４２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４３８１（２Ｏ１４）０５一Ｏ０１７－０６Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭｏＳｉ２一ＣｏＮｉＣｒＡ１ＹｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｗａｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＧＨ４１６９ｓｕｂｓｔｒａｔｅｗｉｔｈ—ｂａｌｌｍｉｌｌｅｄｎａｎｏｃｒｙｓｔａ儿ｉｎｅｐｏｗｄｅｒｓｂｙｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏ——ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｅｅｄｓｔｏｃｋａｎｄｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＸｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），ｌａｓｅｒ—ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｍｉｃｒｏｈａｒｄ——ｎｅｓｓ，ｔｈｅｒｍａｌｓｈｏｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｉｌｌｅｄｐｏｗｄｅｒｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｓｍａｌｌｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌＩｉｎｅｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｓｗｈｉｃｈ——ｃａｎｂｅｕｓｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙｆｏｒｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇａｆｔｅｒｓｉｅｖｉｎｇｓｌｉｇｈｔｌｙ．Ｔｈｅａｓｓｐｒａｙｅｄｃｏａｔｉｎｇｉｓｍｅｔａｌｌｕｒｇｉ—ｃａｌｌｙｂｏｎｄｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅａｎｄｈａｓｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌｏｗｐｏｒｏｓｉｔｙ．ＴｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｓｔｒｉｃｔｌｙｆｉｔｓｉｎｔｏｔｈｅＷｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｓｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｒｍａ１—ｓｈｏｃｋｆａｉｌｕｒｅａｒｅ８５４．４ＨＶｏ１ａｎｄ２７ｃｙｃｌｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｆｔｅｒｏｘｉｄｉｚｅｄａｔ５００。Ｃｆｏｒ１２０ｈ，ｔｈｅｃｏａｔ“”ｉｎｇｈａｓｏｎｌｙａｓｍａｌｌｍａｓｓｉｎｃｒｅａｓｅｏｆ０．０８３ｍｇ／ｃｍ，ａｎｄｔｈｅｐｅｓｔｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆＭｏＳｉ２ｄｏｅｓｎｏｔｏｃｃｕｒ．——Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏＳｉ２一ＣｏＮｉＣｒＡ１Ｙ；ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｍａｌｓｈｏｃｋｒｅ—ｓｉｓｔａｎｃｅ：ＩＯＷｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅｓｔｉｎｇ℃ＭｏＳｉ具有较高的熔点（２０３０），适中的密度（６．２４ｇ／ｃｍ。）以及优异的抗高温氧化性能，常用作高温合金、难熔金属、石墨以及ｃ／ｃ复合材料的高温抗℃氧化涂层材料。但ＭｏＳｉ。涂层材料在４００￣６００有加速氧化趋势，尤其在５００。Ｃ时，ＭｏＳｉ。会因剧烈氧“”化发生完全粉化（俗称ｐｅｓｔｉｎｇ现象）；同时，ＭｏＳｉｚ涂层与基体热膨胀系数相差较大，使得两者间的结合力较差］。２２材料工程／２０１４年５期密，且两者形成了一定的冶金结合。（３）涂层显微硬度服从威布尔分布，其平均硬度值高达８５４．４ＨＶ。．，热震失效寿命长达２７次，５００Ｃ氧化１２０ｈ后质量增加仅为０．０８３ｍｇ／ｃｍ，表现出良好的抗低温氧化性。（４）采用纳米复合涂层提高致密度可有效抑制“”ＭｏＳｉ低温粉化现象的发生。［１］［２］［３］Ｅ４３１－５１［６］［７］Ｅ８３［９］参考文献ＦＥＤＥＲＩＣＯＳ。ＯＮＩＣＡＦ，ＭＩＬＥＮＡＳ．Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈ—ｓｅｌｆ－ｓｅａｌｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｃａｒｂｏｎｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ￣Ｊ７．Ｃａｒｂｏｎ，—２００３，４１（１１）：２１０５２１１１．Ｙ００ＮＪＫ，ＫＩＭＧＨ，ＢＹＵＮＪＹ，ｅｔａ１．Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋ～—ｆｒｅｅＭｏＳｉ２／ａＳｉａＮ４ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｏｎＭｏｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙａｍｍｏ—ｎｉａｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎｏｆＭｏ５ＳｉａｌａｙｅｒｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＳｉＥＪ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，１６５（１）：—８１８９．冯培忠，曲选辉，王晓虹．二硅化钼的制备与应用的新进展［Ｊ］．—粉末冶金工业，２００５，１５（４）：４６５１．———ＦＥＮＧＰｅｉｚｈｏｎｇ，ＱＵＸｕａｎｈｕｉ，ＷＡＮＧＸｉａｏｈｏｎｇ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｉｌｉｃｉｄｅ［Ｊ＿．—ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００５，１５（４）：４６５ｌ＿赵猛，李争显，张欣，等．ＭｏＳｉｚ在高温抗氧化涂层中的应用—［Ｊ］．材料保护，２０１１，４４（１）：４２４５．—ＺＨＡＯＭｅｎｇ，ＬＩＺｈｅｎｇｘｉａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｉｌｉｃｉｄｅｉｎｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔ—ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１１，４４（１）：４２４５．——ＣＨＯＵＴＣ，ＮＩＥＨＴＧ．ＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＭｏＳｉｚｐｅｓｔｄｕｒｉｎｇｌｏｗｔｅｒｎｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９３，—８（７）：１６０６１６１０．—易德亮，冶银平，刘光，等．等离子喷涂Ａｌ２０３３ＯＴｉＯ２微米／—纳米复合涂层的结构与耐磨性能［Ｊ］．材料工程，２０１２，（５）：２４２９．——ＹＩＤｅｌｉａｎｇ，ＹＥＹｉｎｐｉｎｇ，ＬＩＵＧｕａｎｇ，ｅｔａ１．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｅａｒ——ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｅｄＡｌｚＯａ３０ＴｉＯｚｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｃｏｒｎｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ１，Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，（５）：—２４２９．ＷＵＹＳ，ＱＩＵＷＱ，ＹＵＨＹ，ｅｔａ１．ＣｙｃｌｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＮｉ６０一ＴｉＢｚｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓｐａｙｅｄｂｙＨＶＯＦ—ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１Ｉ，２５７（２３）：１０２２４１０２３２．ＬＩＵＳＬ，ＳＵＮＤＢ。ＦＡＮＺＳ，ｅｔａ１．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＨＶＡＦｐｏｗｄｅｒｆｅｅｄｓｔｏｃｋｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｗｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ—ＷＣＮｉＣｒｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，—２０２（２０）：４８９３４９００．邹东利，阎殿然，何继宁．反应等离子喷涂ＴｉＮ复相陶瓷涂层的［１０］［１１］［１２］［１３］［１４］［１５］［１６］—研究口］．稀有金属材料与工程，２００７。３６（增刊３）：２２５２２９．——ＺＯＵＤｏｎｇｌｉ。ＹＡＮＤｉａｎｒａｎ，ＨＥＪｉｎｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｒｅａｃｔｉｖｅ—ｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇＴｉＮｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＲａｒｅＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉ—ａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３６（Ｓｕｐｐｌ３）：２２５２２９．—ＣＨＩＣ０ＴＤ。ＨＡＧＥＩ，ＤＥＭＡＲＥＣＡＵＸＰ，ｅｔａ１．Ｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｆｒｏｍｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｓｔｓ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅａｎｄ——ＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９６，８１（２３）：２６９２７４．李剑锋，丁传贤．等离子喷涂Ｃｒ３Ｃ２一ＮｉＣｒ涂层的Ｖｉｃｋｅｒｓ硬度—研究［Ｊ］．硅酸盐学报，２０００，２８（３）：２２３２２８．——ＬＩＪｉａｎｆｅｎｇ，ＤＩＮＧＣｈｕａｎｘｉａｎ．ＳｔｕｄｙｏｎＶｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｅｄＣｒ３ｃ２一ＮｉＣｒｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅ—ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，２０００，２８（３）：２２３２２８．马壮，曲文超，李智超．ＡＺ９１Ｄ热化学反应热喷涂陶瓷涂层热—震性研究口］．表面技术，２００８，３７（２）：５２５３．——ＭＡＺｈｕａｎｇ，ＱＵＷｅｎｃｈａｏ，ＬＩＺｈｉｃｈａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｍａｌ———ｓｈｏｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｆｌａｍｅｓｐｒａｙｉｎｇｃｅ。ｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｏｎＡＺ９１Ｄ［Ｊ］．ＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３７（２）：—５２５３．吴姚莎．超音速火焰喷涂纳米Ｎｉ６０一ＴｉＢ２复合涂层及其耐磨耐蚀性能研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１１．毕恩兵，孙宏飞，王灿明，等．纳米陶瓷等离子喷涂层硬度的Ｗｅｉｂｕｌ１分布及与涂层组构的对应特性［Ｊ］．材料保护，２０１２，４５—（５）：２４２７．——ＢＩＥｎｂｉｎｇ，ＳＵＮＨｏｎｇｆｅｉ，ＷＡＮＧＣａｎｍｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｗｅｉｂｕｌｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｅｄｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ—ｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇａｎｄｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒ０ｈａｒｄｎｅｓｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１２，４５（５）：—２４２７．李剑锋，黄静琪，季珩，等．等离子喷涂Ｃｒｚ０。涂层显微硬度的—工艺优化［Ｊ］．硅酸盐学报，２００１，２９（１）：４９５３．——ＬＩＪｉａｎｆｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉｎｇｑｉ，儿Ｈｅｎｇ，ｅｔａ１．ＰｒｏｃｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｅｄＣｒｚＯ３ｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ］．—ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，２００１，２９（１）：４９５３．赵宇．可靠性数据分析［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１１．９５—１ＯＯ．［１７］ＭＩＬＬＥＲＲＡ，ＬＯＷＥＬＬｃＥ．Ｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｅｘｐｏｓｅｄｔｏｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ—Ｆｉｌｍｓ，１９８２，９５（３）：２６５２７３．基金项目：广东省教育部产学研结合项目（２００９Ａ０９０１０００４５）——收稿日期：２０１２１１２９；修订日期：２０１４０３２３作者简介：刘名涛（１９８７一），男，硕士研究生，主要从事材料表面改性及其应用的研究，联系地址：广东省广州市天河区华南理工大学８号楼—２２２室（５１０６４０），Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｍｉｎｇｔａｏ０８０２＠１２６．ｃｏｒｎ通讯作者：钟喜春（１９７３一），男，副教授，主要从事表面工程及磁性功能材料研究，联系地址：广东省广州市天河区华南理工大学８号楼２１３室—（５１０６４０），Ｅｍａｉｌ：ｘｃｚｈｏｎｇ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ