湿化学法制备氧化物-Ni微叠层及其高温氧化性能研究

发布时间：2017-11-04 11:04

  本文关键词：湿化学法制备氧化物-Ni微叠层及其高温氧化性能研究

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【摘要】：钢铁材料在高温服役环境中容易发生氧化破坏,在其表面涂覆防护涂层是目前主要的防护方法。氧化物涂层作为常用的高温防护涂层,常由于与基体间热膨胀系数不匹配受到较大热应力作用而发生开裂和剥落,缩短氧化物涂层的服役寿命。为了提高氧化物涂层的剥落抗力并进一步提高氧化性能,可在氧化物涂层中引入塑韧性较好的金属层,构成氧化物-金属微叠层结构防护涂层。而采用简单、低成本的方法制备上述氧化物-金属微叠涂层具有较高的实际意义。本文采用溶胶-凝胶法和化学镀法在304不锈钢基体和T91钢基体上制备了YSZ-Ni、Al2O3-Ni、YSZ-Al2O3-Ni微叠涂层。研究了氧化物涂层层厚、镍层厚度、镍层在氧化物涂层中的位置对氧化物-Ni微叠涂层高温氧化性能的影响。采用扫描电镜观察氧化物-Ni微叠涂层的表面和截面形貌,并用能谱仪对YSZ-Ni、 Al2O3-Ni微叠涂层表面成分进行分析；采用X射线衍射仪对氧化物-Ni微叠涂层、氧化锆涂层、氧化铝涂层的物相成分进行分析。研究结果表明：采用溶胶-凝胶法和化学镀法在不锈钢基体表面成功制备了均匀、致密、无裂纹的氧化物-Ni微叠涂层,符号为Z16N1的氧化物-Ni微叠涂层中镍层的厚度约130nm,氧化物涂层的厚度约170nm；氧化物-Ni微叠涂层中氧化物涂层主要由Zr0.98Y0.08O1.96和γ-Al2O3相组成,镍层呈非晶态。采用循环氧化增重法对氧化物层厚不同、镍层厚度不同、镍层位置不同的YSZ-Ni、 Al2O3-Ni微叠涂层及其复合微叠涂层进行了高温性能测试,并用激光共聚焦显微镜对高温氧化后试样表面形貌进行观察。结果表明：YSZ-Ni、Al2O3-Ni微叠涂层的高温氧化性能优于相应单-YSZ、Al2O3涂层；对于具有相同涂层结构的YSZ-Ni和Al2O3-Ni微叠涂层,YSZ-Ni微叠涂层的高温氧化性能更好；由YSZ、Al2O3和Ni构成的YSZ-Al2O3-Ni复合微叠涂层,其高温氧化性能是优于单一氧化物涂层与镍层构成的YSZ-Ni、Al2O3-Ni微叠涂层；镍层厚度一定时,氧化物-Ni微叠涂层的氧化增重量和剥落量随氧化物涂层层厚的增加而逐渐变小,高温氧化性能提高,高温氧化后表面状态越好；当氧化物涂层层厚一定时,氧化物-Ni微叠涂层的氧化增重量和剥落量随镍层厚度的增加而逐渐变大,高温氧化性能变差,氧化后表面状态越差；在氧化物涂层层厚和镍层厚度均一定时,镍层位于氧化物涂层中间位置时的高温氧化性能优于镍层位于氧化物涂层最外侧时的。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1139121