碳表面激光熔覆制备硅基抗氧化复合涂层

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易氧化限制碳材料在高温领域的应用,硅基涂层在1500℃有较佳抗氧化防护效果,但其涂层制备技术仍存在周期长或结合差等不足。随着激光熔覆技术的发展,为碳材料表面高效制备硅基涂层提供了新思路。本文采用激光熔覆技术制备Zr B2-Si-SiC-MoSi2系列硅基涂层,结合ANSYS模拟激光熔覆温度场和应力场分布用以指导优化激光熔覆参数,对涂层表面进行激光面烧蚀以评估涂层抗激光烧蚀能力。通过涂层失重,XRD,SEM和划痕附着力等测试方法系统研究了激光熔覆和烧蚀过程中涂层的相转变,组织重构及其与基体间的结合强度变化规律,分析讨论了激光熔覆制备硅基涂层过程中涂层形貌演化机理及其抗激光烧蚀机制。受SiC氧化及B2O3挥发等因素影响,激光熔覆后Si-MoSi2,Si-SiC-MoSi2和Zr B2-Si-SiC-MoSi2涂层最小失重率逐渐增加,分别为0.0336%,0.1480%和0.2034%。Si-SiC-MoSi2涂层划痕附着力较Si-MoSi2涂层分别提高了3.6 N,2.17N,2.2 N和0.28 N,SiC的加入可改善涂层表面平整度,显著降低孔洞和裂纹等缺陷,内部组织由MoSi2-Si共晶组织及细晶区和界面Si-C反应层转变为MoSi2-Si共晶及Si-SiC-MoSi2混合组织和界面Si-SiC扩散反应层。添加40wt.%Zr B2对H12涂层进行改性,涂层内部形成无取向细小针状枝晶和不规则颗粒混合共存组织,涂层划痕附着力相应提高了17.8%。激光烧蚀伴随氧化、挥发,是逐层氧化并剥离过程。激光烧蚀后Si-MoSi2涂层表面形成凝聚凸起,孔洞增多,内部由共晶组织变为表层大晶粒区和界面Si-C反应层;其划痕附着力较熔覆后涂层下降约73.3%-77.7%。SiC提高Si-SiC-MoSi2涂层铺展能力及抗热震性,烧蚀后表面无颗粒凝聚及贯穿性裂纹,内部共晶组织及混合生长形态变为表层大尺寸Mo5Si3相和界面SiC-Si扩散反应层;其划痕附着力较Si-MoSi2涂层分别提高了7.57,4.15,2.43和0.46倍。H12(Si:SiC:MoSi2=16.7:16.7:66.6wt.%)涂层5次激光烧蚀后表面较熔覆后更平整,且无剧烈氧化剥离迹象,该涂层划痕附着力较熔覆后提高了57.6%。Zr B2-Si-SiC-MoSi2涂层表面形成Zr-Mo-Si-O“融冰状”组织及致密Zr O2保护层,40wt.%Zr B2修饰两种Si-SiC-MoSi2涂层激光烧蚀后划痕附着力分别增加了16.5%和59.6%。
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