Ta合金高温防护涂层研究

工艺 熔烧 ，制备成 涂层试 样 （Ｏ ￣ １ ０ ｍ）
１ ２ 测 试 与 分 析 方 法 ．
在专 用 抗 氧化 试 验 设备 上 用 内热 法 对改 性 涂 层
做 １ ０ 气 静 态 抗 氧 化 及 热 震 试 验 ． 度 监 测 使 用 ８ ０Ｃ大 温 Ｗ Ｇ ｌ型 精 密 光 学 温 度 计 ． 在 显 微 镜 内观 察 到 涂 层 Ｓ０ 表 面 产 生 黑 斑 时 ． 判 定 为 涂 层 失 效 。 用 日 本 产 ＮＥ ＨＯＴ １型 金 相 显 微 镜 下 观 察 涂 层 结 构 与 形 貌 ． ＯＰ ２
摘 要 ：使 用 料 浆 熔 烧 工 艺在 Ｔａ１ Ｗ 合 金 表 面 制备 了 ｓ— 卜Ｔｌ 系统 的 硅 化 物 诛层 。分 析 认 为 ．潦层 由二 硅化 物和 一０ ｉ ｃ ＿ ｗ 硅 基 共 熔 体 组成 。 结 构 上 由外 表 面保 护 膜 、 在 主体 层 以及 界 面 内 层三 部 分 构 成 。 护 膜 在 高温 下 阻 止 氧 向 基 体 的浸 渗 ， 保
１ 试 验 内容
１ １ 涂 层 制 备 ． 涂 层 底 材 选 用 Ｔａ１ Ｗ 舍 金 ， 样 尺 寸 为 ７ 一０ 试 ０ｍｒ ｒ ｌ × ６ｈｍ × ｌ ｉ ｍｍ．涂 前 进 行 酸 洗 一 水 洗 一 烘 干 的 预 处
硅化物 系统 。 衡量这 类涂 层 高温性能 的重要 技术 指标 是静态 大气 高温抗 氧化性 能 以及 抗热 震性能 ，特别 在
２ 结 果 与 讨 论
Ｔ ， ｒ Ｗ 改 性 的 硅 化 物 涂 层 在 １ ０ ｉＣ ， ８ ０Ｃ的抗 氧 化
性 和抗 热 震 性 能 如 表 Ｉ所 示 。
表 １ １０ 化 物 涂 层 的 抗 氧 化 性 和抗 热属 性 ８０Ｃ硅
Ｔａ ｌ Ｐｒ ｔ ｃ ｉｅ ｈ ｈ ｖ ｏ ｆｓ１ ｉｅ ｂｅ １ ｏ ｅ ｔｖ ｅ ａ ｉｒ ｏ ｉ ｃｄ ｉ
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Ｃｏ ｔｎ ｏ — ａ ｅ Ａｌ ｙ ａ ｉ ｇ ｆ ｒＴａ ｂ ｓ ｌ ｏ
王 禹 ， 胡 行 方 （ 国 科 学 院 上 海 硅 酸 盐 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ５ ） 中 ０ ０ ０
Ｗ ＡＮＧ Ｙｕ，ＨＵ ｎ — ａ ｇ Ｘｉ ｇ ｆ ｎ （ ｈ ｎ ｈ ｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｒ ｍｉｓ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｆＳ ｉｎ ｅ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ Ｓ ａ ｇ ａ ｓ ｉ ｅ ｏ Ｉ ｕ Ｃｅ ａ ｃ ， ｉ ｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍｙ ｏ ｃｅ ｃ ｓ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ５ ，Ｃｈ ｎ ） ２ ｉａ
目前 ４ ０ 卫 星 姿 控 发 动 机 采 用 加 涂 层 的 Ｔ 一 ９Ｎ ａ １ Ｗ 合 金 推 力 室 。 工 作 寿 命 取 决 于 涂 层 的 使 用 温 度 ０ 其 和 高 温 工 作 的 可 靠 性 ，涂 层 成 份 不 同 ，其 高 温 性 能 差 别 很 大 研 究 表 明“ ，难 熔 金 属 最 有 效 的保 护 涂 层 是 ］
减 少 与 硅 的 化学 反 应 ． 主体 层保 持较 高 的硅 含量 。 使 内层 有 助 于释 放 擦 层 积 聚的 内 应 力 ． 持 良好 的 界 面 结合 。高温 保
性 能 酬 试结 果表 明 ，在 １ ０ Ｃ高 温下 抗 氧化 寿 命 超 过 ２ ５ ，使 该 温 度 到 室 温 的热 循 环 达 ８ ８０ ．ｈ Ｏ次 。 美 罐 词 ：Ｔ ａ基 合 金 ； 硅 化物 辣 层 ；高 温 抗 氧 化一 ；抗 热 震 性 中囤 分类 号 ：Ｔ ． ５ ＧＩ ４４ ３ ７ 文 献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０— ３ ｌ （０ １ ｌ ０ ３０ ０ １４ ８ ２ ０ ） ￣０ ０ ２
热 震 条 件 下 ，涂 层 容 易 产 生 开 裂 ，在 这 些 缺 陷 处 易 产 生 局 部 高 温 而 超 过 材 料 熔 点 和 蒸 发 点 从 而 使 材 料 迅 速 失 效 。 现 在 使 用 的 Ｔａ１ Ｗ 合 金 推 力 使 硅 化 物 涂 但 一０ 层 在 １ ０ Ｃ下 的 使 用 寿 命 为 ３ ｍｉ １ ０ 室 温 的 ８０ ０ ｎ． ８ ０Ｃ到 热震 仅为 １ ，在 高 温 高 速 腐 蚀 气 体 的 实 际使 用 环 ５次 境 不 足 ７０ ０ ｓ就 出 现 涂 层 剥 落 现 象 ， 难 以 满 足 涂 层 耐 高 温 、高 速 腐 蚀 燃 气 冲刷 的 性 能 要 求 。因此 迫 切 需 要 在 此 基 础 上 改 进 涂 层 工 艺 和 涂 层 的 成 份 ． 一 步 发 挥 进 硅 化 物 涂 层 的 保 护 能 力 ， 高 它 的 高 温 静 态 工 作 寿 命 提 和 抗 热 震 寿 命 ， Ｔａ１ Ｗ 合 金 硅 化 物 涂 层 在 １ ０ Ｃ 将 一０ ８０ 的使 用 寿命 推 向 极 限 ． 足橡 层 高 温 长 寿 命 的使 用 要 满 求 本 工 作 就 此 进 行 研 究 。
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｓ ｐ ｐ ｒ．ｄ ｆｕ ｉ ｎ ｓＩ ｉ ｏ ｔｎｇ ｏ ｈ — — — ｙ ｔ ｍ ａ ｖ ｌ ｅ ｓ ｆ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｈｉ ａ ｅ ｉｆ ｓ ｏ ｉｉ ｄｅ ｃ ａ ｉ ｆｔ ｅ ＳｉＣｒ Ｔｉ Ｗ ｓ ｓ ｅ ｗ ｓｄｅ ｅ ｏｐ ｄ ｂｙ ｕ ｅ ｏ ｃ ｓ ｕｒ ｙ ｆ ｓ ｏ ｒ ｃ ｓ Ａｃ ｏ ｄｉ ｇ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｏｍ ｐｏ ｉｉ ｎ ａ ｉｒ ｓ ｒ ｔ ｅ， ｃ ａ ｉ ｇ ｃ ｓｓ ｏ ｌ ｒ ｕ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ． ｃ ｒ ｎ ｏ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｃ ｓｔｏ ｎｄ ｍ ｃ ｏ ｔ ｕｃ ｕｒ ｏ ｔｎ ｏｎ ｉｔ ｆ
理 涂层 料浆是金属 粉混 合物 ，将 ３ ０目的 Ｔｉ ｒＳ ２ —ｉ Ｃ 台 金 粉 和 ｗ 粉 按 重 量 百 分 比混 合 ，加 入 适 当 比 例 的
有 机 硅 树 脂 醇 和 二 甲 苯 ， 经 研 磨 制 各 成 牯 稠 悬 浮 料 浆 。采 用 浸 渍 涂 覆 工 艺 ．在 化 学 处 理 过 的试 样 表 面 涂 覆 一 层 厚 度 均 匀 的 料 浆 涂 层 （５ ￣ ２ ０ ｍ） ２ ０ ８ ｔ ．然 后 自 ＊ 然 干 燥 在 专 用 真 空 炉 内 （ ． ３ ０ ０ ３ ａ 按 熔 烧 ０ １ ～ ． １Ｐ ）
表 ２ 氧化 前 后 潦层 主 体 中 硅 含 量 的 定 量 分 析
Ｔａ ａｅ２ Ｑｕ ｎ ｉ ｔｖ ｎ ｌｓｓｏ ｉ ｏ ｃ ｎ ｒｔｏ ｎ ｂ ｌ ａ ｔｔ ｉｅａ ａｙ ｉ ｆＳ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｉ ａ ｃ
ｍａｎ ｌｙ ｒｂ ｆｒ ｎ ｆｅ ｘｄ ｔｏ ｅ ｔ （ ） ｉ ａ ｅ ｅ０ ｅａ ｄａｔｒｏ ｉａｉｎ ｔｓ ／ ０ １年 １ ２０ ０期
利 用 Ｘ Ｒ ｙ能 量 色 散 谱 Ｅ ａ ＤＡＳ 以 及 ＲＡ ０型 衍 射 Ｘ １ 仪 分 析 涂 层 组 成 ，使 用 Ｅ ＭＡ一 ７ ５ Ｎ ５ ０ Ｎ Ｐ ８ ０ ＱＨ ．Ｔ ５ ２ 型 电子探 针分析 涂层 断面成 份及 涂层 表面元 素分 布 。
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Ｔａ合 金 高ｉ 防护涂 层 研 究 口立 同 Ｊ 厂脉． 九 泪 丁 １ ｒ ｍ 云研
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