C/C复合材料表面等离子渗锆、铬涂层及其高温氧化性能研究
发布时间：2021-12-29 12:24
C/C复合材料具有高强度、抗热震、耐烧蚀、高热导率和比重小等优异性能,被广泛应用于航空航天、军事、医疗及民用领域。航空航天技术领域的快速发展及高科技尖端武器研发水平的快速提高,对于作为热结构材料的C/C复合材料,服役条件也随之变得更加严苛,其在极端环境下的氧化行为对武器装备性能的影响也越来越突出。施加抗氧化涂层是目前改善其抗氧化性能的一种有效手段。本课题采用双层辉光等离子体表面冶金技术,在C/C复合材料表面分别制备锆、铬涂层及锆、铬、锆-铬与镍的复合涂层,研究刻蚀和施加镍过渡层对涂层组织、结构的影响,并分析不同渗金属时间形成的镍+锆、镍+铬及镍+锆-铬复合涂层组织、结构及成分。研究优选工艺条件下制备的复合涂层的抗氧化性能以及氧化机理。研究结果表明:（1）利用双辉等离子表面冶金技术在C/C复合材料表面直接渗锆、渗铬,分别形成厚约6.5μm、5.5μm的涂层。所得渗锆涂层主要由富锆层、锆-碳扩散层(主要含ZrC、Zr3C2、ZrC0.7)组成,渗铬涂层主要由富铬层、铬-碳扩散层(主要含Cr23C
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 C/C复合材料
1.2.1 碳
1.2.2 C/C复合材料的种类
1.2.3 C/C复合材料的制备方法及工艺
1.3 C/C复合材料的应用
1.4 提高抗氧化性能的方法
1.4.1 基体改性
1.4.2 抗氧化涂层
1.5 刻蚀技术
1.5.1 等离子体刻蚀机理
1.5.2 等离子体刻蚀的优缺点及部分应用
1.6 双层辉光等离子体表面冶金技术（DGPSA）
1.6.1 双层辉光等离子体表面冶金技术原理
1.6.2 基本工艺过程及优缺点
1.6.3 双辉渗金属技术的应用
1.7 镍，锆、铬元素及其碳化物
1.7.1 镍、锆、铬元素
1.7.2 碳化锆及碳化铬
1.8 课题的提出
1.8.1 选题目的和意义
1.8.2 课题主要研究内容
第二章 实验方法
2.1 基材表面刻蚀活化处理
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备
2.1.3 操作步骤
2.2 涂层制备
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验装置
2.2.3 基本工艺过程
2.3 主要工艺参数及其作用[96]
2.3.1 可计量参数
2.3.2 不可计量参数
2.4 高温氧化实验
2.5 检测仪器
第三章 表面刻蚀对C/C复合材料表面等离子渗锆及渗铬的影响
3.1 C/C复合材料表面直接渗锆和渗铬
3.1.1 C/C复合材料直接渗锆、渗铬层组织
3.2 C/C复合材料刻蚀后表面渗锆和渗铬
3.2.1 C/C复合材料基材刻蚀后的表面形貌
3.2.2 C/C复合材料刻蚀后渗锆、渗铬涂层组织
3.3 小结
第四章 镍过渡层对C/C复合材料表面等离子渗锆、渗铬及锆-铬共渗的影响
4.1 C/C复合材料刻蚀后渗镍（刻蚀+渗镍）组织
4.2 C/C复合材料刻蚀+渗镍后渗锆（刻蚀+渗镍+渗锆）组织
4.3 C/C复合材料刻蚀+渗镍后渗铬（刻蚀+渗镍+渗铬）组织
4.4 C/C复合材料刻蚀+渗镍后锆-铬共渗（刻蚀+渗镍+锆-铬共渗）组织
4.5 过渡层对表面涂层形成的影响
4.6 涂层结合强度
4.7 小结
第五章 等离子渗锆、渗铬及锆-铬共渗涂层的高温氧化行为
5.1 刻蚀+渗镍+渗铬涂层的高温氧化行为
5.1.1 氧化动力学曲线
5.1.2 氧化膜结构
5.1.3 氧化膜表面形貌及成分
5.2 刻蚀+渗镍+渗锆涂层的高温氧化行为
5.2.1 氧化动力学曲线
5.2.2 氧化膜结构
5.2.3 氧化膜表面形貌及成分
5.3 刻蚀+渗镍+锆-铬共渗涂层的高温氧化性为
5.3.1 氧化动力学曲线
5.3.2 氧化膜结构
5.3.3 氧化膜表面形貌及成分
5.4 小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的硕士论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]超音速等离子喷涂制备ZrB2-SiC基涂层C/C复合材料的氧化烧蚀性能研究[J]. 任俊杰,姚西媛,李克智,姚栋嘉. 中国材料进展. 2017(01)
[2]新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究[J]. 安康,刘小萍,李晓静,钟强,申艳艳,贺志勇,于盛旺. 人工晶体学报. 2015(06)
[3]C/C复合材料的高温抗氧化防护研究进展[J]. 杨鑫,黄启忠,苏哲安,常新. 宇航材料工艺. 2014(01)
[4]多层等离子体蚀刻技术的研究[J]. 于斌斌,袁军堂,汪振华,薛志松,黄云林. 真空科学与技术学报. 2013(03)
[5]碳化铬涂层T/P24在750℃空气中的抗氧化性能研究[J]. 吴守军,桂单明. 中国机械工程. 2013(01)
[6]C/C复合材料表面双层辉光等离子制备铼涂层研究[J]. 华云峰,李争显,黄春良,杜继红,骆瑞雪. 稀有金属材料与工程. 2012(11)
[7]锆合金研究进展及我国核电站用锆材国产化的思考[J]. 袁改焕,卫新民. 钛工业进展. 2011(06)
[8]Cr23C6-NiCr涂层制备及其高温氧化行为[J]. 周正,姚海华,高峰,贺定勇,任先京,蒋建敏. 中国表面工程. 2011(06)
[9]TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为[J]. 魏东博,张平则,姚正军,梁文萍,缪强,徐重. 材料热处理学报. 2011(10)
[10]新型双层辉光等离子表面冶金高速钢及其锯切工具[J]. 徐重,王从曾,唐宾,高原,贺志勇,刘小萍,徐在峰,王建明,贺琦,李成明,李忠厚,苏永安,潘俊德. 热处理. 2011(02)
博士论文
[1]等离子体处理对PBO纤维、碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响[D]. 刘哲.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]新型高功率MPCVD金刚石膜装置模拟及实验研究[D]. 安康.太原理工大学 2015
[2]TC4合金表面双辉等离子渗铬层与铬氧共渗层的制备及性能研究[D]. 崔宏.南京航空航天大学 2011
[3]等离子体改性PAN基碳纤维/聚酰亚胺界面强度的研究[D]. 王存涛.东华大学 2011
本文编号：3556122
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 C/C复合材料
1.2.1 碳
1.2.2 C/C复合材料的种类
1.2.3 C/C复合材料的制备方法及工艺
1.3 C/C复合材料的应用
1.4 提高抗氧化性能的方法
1.4.1 基体改性
1.4.2 抗氧化涂层
1.5 刻蚀技术
1.5.1 等离子体刻蚀机理
1.5.2 等离子体刻蚀的优缺点及部分应用
1.6 双层辉光等离子体表面冶金技术（DGPSA）
1.6.1 双层辉光等离子体表面冶金技术原理
1.6.2 基本工艺过程及优缺点
1.6.3 双辉渗金属技术的应用
1.7 镍，锆、铬元素及其碳化物
1.7.1 镍、锆、铬元素
1.7.2 碳化锆及碳化铬
1.8 课题的提出
1.8.1 选题目的和意义
1.8.2 课题主要研究内容
第二章 实验方法
2.1 基材表面刻蚀活化处理
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备
2.1.3 操作步骤
2.2 涂层制备
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验装置
2.2.3 基本工艺过程
2.3 主要工艺参数及其作用[96]
2.3.1 可计量参数
2.3.2 不可计量参数
2.4 高温氧化实验
2.5 检测仪器
第三章 表面刻蚀对C/C复合材料表面等离子渗锆及渗铬的影响
3.1 C/C复合材料表面直接渗锆和渗铬
3.1.1 C/C复合材料直接渗锆、渗铬层组织
3.2 C/C复合材料刻蚀后表面渗锆和渗铬
3.2.1 C/C复合材料基材刻蚀后的表面形貌
3.2.2 C/C复合材料刻蚀后渗锆、渗铬涂层组织
3.3 小结
第四章 镍过渡层对C/C复合材料表面等离子渗锆、渗铬及锆-铬共渗的影响
4.1 C/C复合材料刻蚀后渗镍（刻蚀+渗镍）组织
4.2 C/C复合材料刻蚀+渗镍后渗锆（刻蚀+渗镍+渗锆）组织
4.3 C/C复合材料刻蚀+渗镍后渗铬（刻蚀+渗镍+渗铬）组织
4.4 C/C复合材料刻蚀+渗镍后锆-铬共渗（刻蚀+渗镍+锆-铬共渗）组织
4.5 过渡层对表面涂层形成的影响
4.6 涂层结合强度
4.7 小结
第五章 等离子渗锆、渗铬及锆-铬共渗涂层的高温氧化行为
5.1 刻蚀+渗镍+渗铬涂层的高温氧化行为
5.1.1 氧化动力学曲线
5.1.2 氧化膜结构
5.1.3 氧化膜表面形貌及成分
5.2 刻蚀+渗镍+渗锆涂层的高温氧化行为
5.2.1 氧化动力学曲线
5.2.2 氧化膜结构
5.2.3 氧化膜表面形貌及成分
5.3 刻蚀+渗镍+锆-铬共渗涂层的高温氧化性为
5.3.1 氧化动力学曲线
5.3.2 氧化膜结构
5.3.3 氧化膜表面形貌及成分
5.4 小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的硕士论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]超音速等离子喷涂制备ZrB2-SiC基涂层C/C复合材料的氧化烧蚀性能研究[J]. 任俊杰,姚西媛,李克智,姚栋嘉. 中国材料进展. 2017(01)
[2]新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究[J]. 安康,刘小萍,李晓静,钟强,申艳艳,贺志勇,于盛旺. 人工晶体学报. 2015(06)
[3]C/C复合材料的高温抗氧化防护研究进展[J]. 杨鑫,黄启忠,苏哲安,常新. 宇航材料工艺. 2014(01)
[4]多层等离子体蚀刻技术的研究[J]. 于斌斌,袁军堂,汪振华,薛志松,黄云林. 真空科学与技术学报. 2013(03)
[5]碳化铬涂层T/P24在750℃空气中的抗氧化性能研究[J]. 吴守军,桂单明. 中国机械工程. 2013(01)
[6]C/C复合材料表面双层辉光等离子制备铼涂层研究[J]. 华云峰,李争显,黄春良,杜继红,骆瑞雪. 稀有金属材料与工程. 2012(11)
[7]锆合金研究进展及我国核电站用锆材国产化的思考[J]. 袁改焕,卫新民. 钛工业进展. 2011(06)
[8]Cr23C6-NiCr涂层制备及其高温氧化行为[J]. 周正,姚海华,高峰,贺定勇,任先京,蒋建敏. 中国表面工程. 2011(06)
[9]TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为[J]. 魏东博,张平则,姚正军,梁文萍,缪强,徐重. 材料热处理学报. 2011(10)
[10]新型双层辉光等离子表面冶金高速钢及其锯切工具[J]. 徐重,王从曾,唐宾,高原,贺志勇,刘小萍,徐在峰,王建明,贺琦,李成明,李忠厚,苏永安,潘俊德. 热处理. 2011(02)
博士论文
[1]等离子体处理对PBO纤维、碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响[D]. 刘哲.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]新型高功率MPCVD金刚石膜装置模拟及实验研究[D]. 安康.太原理工大学 2015
[2]TC4合金表面双辉等离子渗铬层与铬氧共渗层的制备及性能研究[D]. 崔宏.南京航空航天大学 2011
[3]等离子体改性PAN基碳纤维/聚酰亚胺界面强度的研究[D]. 王存涛.东华大学 2011
本文编号：3556122
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