基于热匹配性的Mo-W-Si-N系涂层钼材的研制

发布时间：2017-09-21 14:46

  本文关键词：基于热匹配性的Mo-W-Si-N系涂层钼材的研制

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【摘要】：金属钼具有极高的熔点(2617℃)以及较好的耐磨性、抗腐蚀性和电热导性,常被用于宇航工业、高温炉工业、玻璃制造工业和电子元件工业等领域的高温发热元件,但其在600℃发生表面氧化形成易挥发的三氧化钼而失效的特性限制了应用,因而钼基高温发热元件仅能使用于真空或保护气氛。因此,研究并提高钼及其合金的高温抗氧化性能具有重要意义。表面涂层方法可在保持钼及其合金性能的同时,提高其高温抗氧化性能。钼及其合金的表面高温抗氧化涂层体系包括:耐热合金涂层、氧化物涂层、铝化物涂层和硅化物涂层四大体系。基于抗氧化性和高温结构强度考虑,二硅化钼(MoSi2)涂层体系已成为提高钼及其合金高温抗氧化性能的研究重点。研究表明,Mo Si2复合涂层可改善钼及其合金的高温抗氧化性能,其使用温度和服役寿命强烈依赖于Si的扩散,W的合金化作用能明显提高Mo Si2涂层体系的使用温度和服役寿命。Mo Si2涂层与钼基体的热膨胀系数(分别为8.5×10-6/℃和5.8×10-6/℃)的匹配性也是影响复合涂层使用寿命的关键因素,N元素的添加能改变涂层材料的微观结构,提高基体与涂层的热匹配性;但W合金化Mo Si2涂层与钼基体间的热匹配性有待深入研究。本文在W合金化Mo Si2涂层高温抗氧化性能的研究基础上,通过真空烧结法和等离子快速烧结法制备不同WSi2含量和不同Si3N4含量的Mo-W-Si-N涂层材料,通过测定不同配比的涂层材料的热膨胀系数,着重探索WSi2和Si3N4的加入对钼基体与涂层材料的热匹配性的影响,得出了以下研究结论:1采用真空烧结法制备Mo-W-Si-N系涂层材料的最佳制备工艺为:球磨时间为4h,粘结剂的添加量为4%,生坯压力为180MPa,烧结温度1500℃,保温2h。采用等离子快速烧结法的最佳制备工艺为:烧结温度为1550℃,保压10min,轴向压力为25MPa。2加入少量的WSi2/Si3N4能降低Mo-W-Si-N系涂层材料的热膨胀系数,当WSi2体积分数为6%时和Si3N4的体积分数为30%时复合涂层材料的热膨胀系数最接近于纯钼。3基于WSi2和Si3N4对Mo-W-Si-N复合材料的热膨胀系数的影响,制备了WSi2体积分数为6%,Si3N4的体积分数分别为4%、20%、30%和40%的钼基复合材料。含6%WSi2+30%Si3N4体积分数的复合材料具有最好的热震性能,证明该配比的复合材料与纯钼基体具有很好的热匹配性。
【关键词】：Mo-W-Si-N涂层材料 热膨胀系数 热匹配性 热震
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 引言11-13
• 1.2 金属钼的物理性质13
• 1.3 钼的化学性质13-14
• 1.4 钼的主要氧化物的性质14
• 1.5 钼及其合金在高温环境下的应用14-18
• 1.6 提高钼及其合金高温抗氧化性18-22
• 1.6.1 钼的合金化技术18-21
• 1.6.2 钼及合金的表面涂层技术21-22
• 1.7 钼及钼合金高温抗氧化涂层的制备方法22-23
• 1.7.1 化学气相沉积法22
• 1.7.2 粉末包渗法22-23
• 1.7.3 料浆烧结法23
• 1.7.4 热喷涂法23
• 1.7.5 熔盐法23
• 1.8 本课题来源及研究意义23-26
• 第二章 试验方案与设计26-32
• 2.1 引言26
• 2.2 实验总体方案设计26-27
• 2.3 实验材料27
• 2.4 实验主要设备27
• 2.5 涂层材料的制备27-29
• 2.5.1 原料的制备27-28
• 2.5.2 涂层材料的制备28-29
• 2.6 性能测试29-30
• 2.6.1 烧结体致密度测试29-30
• 2.6.2 热膨胀系数的测定30
• 2.7 高温氧化实验30-31
• 2.8 试样的组织结构表征31-32
• 2.8.1 X射线衍射分析31
• 2.8.2 扫描电子显微镜观察31-32
• 第三章 Mo-W-Si-N涂层材料的制备32-47
• 3.1 引言32-34
• 3.1.1 Mo Si_2的制备32-33
• 3.1.2 WSi_2的制备33-34
• 3.2 Mo-W-Si-N涂层材料的制备34-42
• 3.2.1 粒度对Mo-W-Si-N涂层材料的致密度的影响34-36
• 3.2.2 粘结剂与压力对致密度的影响36-37
• 3.2.3 烧结温度对致密度的影响37-42
• 3.3 等离子烧结法制备不同N含量的Mo-W-Si-N涂层材料42
• 3.4 烧结温度对涂层材料致密度的影响42-44
• 3.5 保温时间对涂层材料致密度的影响44-45
• 3.6 真空烧结和放电等离子烧结涂层材料的对比研究45-46
• 3.7 小结46-47
• 第四章 Mo-W-Si-N涂层材料与纯钼基体的热匹配性47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 不同W含量的Mo-W-Si-N涂层材料47-49
• 4.3 不同Si_3N_4含量的Mo-W-Si-N涂层材料49-51
• 4.4 不同WSi_2含量的Mo-W-Si-N涂层材料的热膨胀系数及变化机理51-55
• 4.4.1 不同WSi_2含量的Mo-W-Si-N涂层材料的热膨胀系数51-52
• 4.4.2 不同WSi_2含量的涂层材料热膨胀系数的变化分析52-55
• 4.5 不同Si_3N_4含量的涂层材料的热膨胀系数及变化分析55-56
• 4.6 小结56-58
• 第五章 钼基Mo-W-Si-N涂层材料的热震性能58-62
• 5.1 引言58
• 5.2 钼基Mo-W-Si-N涂层材料的制备58-61
• 5.3 小结61-62
• 第六章 结论与展望62-63
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-70
• 致谢70-71
• 个人简历71

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