氬弧熔覆制備TiB2基高溫陶瓷涂層的性能研究.pdf

1、本試驗以Ti粉、B4C粉和SiC粉為原料，利用鎢極氬弧熔覆方法在石墨基體上原位合成 TiB2基陶瓷涂層。設(shè)計了 Ti-B4C和Ti-B4C-SiC兩體系十種方案。通過大量的試驗，確定出制備各組分涂層的最佳熔覆工藝參數(shù)。利用X射線衍射、掃描電鏡對覆層試樣的物相及微觀組織進(jìn)行了分析；通過界面抗拉強度、耐燒蝕、高溫抗氧化等測試對涂層進(jìn)行性能分析。
　　研究結(jié)果表明：采用氬弧熔覆的方法可在石墨基體上制備出TiB2基陶瓷涂層。熔覆層中TiB

2、2晶體的形態(tài)受凝固過程中Ti、B原子濃度的影響。因此，在Ti與B的不同比例成分下，會呈現(xiàn)出不同的生長形態(tài)（扁長的葉狀、細(xì)針狀和不規(guī)則的長條狀），它們在熔覆層中的均勻分布將顯著提高熔覆層的強化效果。SiC加入后，均勻分布于TiB2組織中，對涂層的耐燒蝕、抗氧化性能有明顯的改善作用。
　　利用氬弧熔覆的方法制備的陶瓷涂層與石墨基體有良好的結(jié)合性能，從微觀形貌上看，熔覆層與基體在界面處相互滲透，發(fā)生了良好的冶金結(jié)合。覆層在C/C復(fù)合材料

3、上的界面結(jié)合性能測試結(jié)果表明：覆層與基體之間的界面結(jié)合強度可達(dá)8.8MPa。
　　在1200℃的高溫氧化11h條件下，Ti-B4C體系試樣抗氧化最優(yōu)比例為 n（Ti）：n（B4C）=1：1，覆層內(nèi)部已被完全氧化，氧化失重為34.4mg/cm2；而加入 SiC后，氧化過程中SiO2與TiO2互溶，在表面形成一層玻璃相，緊緊覆蓋于覆層陶瓷表面，阻礙氧原子的滲入，大大提高了覆層抗氧化性能。Ti-B4C-SiC體系試樣抗氧化最優(yōu)比例為 n

4、（Ti）：n（B4C）：n（SiC）=1：5：3，在1200℃的高溫氧化11h條件下，氧化深度約為10μm，氧化失重僅為2.8mg/cm2。
　　由于石墨酥松、多孔，等離子燒蝕試驗中，燒蝕性能表現(xiàn)很差，質(zhì)量燒蝕率為29.33mg/s；而碳-瓷復(fù)合材料抗燒蝕性能最好比例為 n（Ti）：n（B4C）：n（SiC）=1：5：4，其燒蝕率僅為1.18mg/s，比無涂層的石墨抗燒蝕性能提高近25倍。Ti-B4C體系覆層陶瓷燒蝕后表面損失嚴(yán)重