两步包埋法在钼表面制备Y改性的Si-B抗氧化涂层研究

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1、分类号:TB310710-2015131025硕士学位论文两步包埋法在钼表面制备Y改性的Si-B抗氧化涂层研究王雄禹导师姓名职称王利捷教授张勇副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称材料加工工程论文提交日期2018年5月2日论文答辩日期2018年5月22日学位授予单位长安大学PreparationofY-modifiedSi-BOxidationResistanceCoatingsonMolybdenumSurfacebyTwo-stepPackCementationProcessAThesisSubmittedfortheDegr

2、eeofMasterCandidate：WangXiongyuSupervisor：Prof.WangLijie,A/Prof.ZhangYongChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：１年ｍ曰

3、ｆ论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归。学校享有以任何方式发表、复制属学校、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时。，署名单位仍然为长安大学（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：２叩年丨月＋曰导师签名：年＜月日｝喟十摘要钼(Mo)及其合金由于其优异的高温综合性能，被广泛的应用于航天、玻璃、电子、冶金、太阳能电池等行业。但高温下Mo与氧反应生成的MoO3易挥发，导致钼的结构失效。而Mo

4、Si2作为涂层材料高温性能稳定，且涂层表面在氧化中能形成稳定致密的SiO2，阻止氧与Mo基体进一步发生反应，是颇具前景的抗氧化涂层材料。然而MoSi2与Mo基体的热膨胀系数差异较大，且MoSi2中的Si原子在高温下极易扩散，从而造成MoSi2涂层失效。有关研究表明，在MoSi2涂层制备过程中，添加硼(B)元素能够形成阻止MoSi2中Si高温扩散的硼化物结构，对改进涂层性能具有一定作用。但已有B改性MoSi2涂层制备工艺多为包埋共渗法，涂层致密度低，结构梯度不明显，高温抗氧化性能有待进一步提高。基于以上分析，本文采用两步包埋渗法在钼

5、表面制备稀土钇(Y)改性Si-B涂层，对钼表面渗硼和Mo-B涂层表面渗硅的两步包埋工艺进行了优化，分别采用XRD、EDS、SEM等检测手段分析了涂层的形貌、物相组成以及成分分布，对不同工艺制备的Si-B-Y涂层抗氧化性能进行了表征，并对两步包埋法制备的Si-B-Y抗氧化涂层相关氧化及失效机制进行了分析，得到结论如下：（1）钼基体表面使用包埋法制备的Mo-B涂层表层为Mo2B5，次外层为MoB，靠近基体的是Mo2B；Mo-B涂层表面使用包埋法制备出的Mo-Si-B涂层外层为MoSi2、内层为MoB、靠近基体一侧为Mo2B，外层MoS

6、i2的致密度高，涂层各层结构梯度明显；包埋渗剂中添加2wt.%Y能促进Mo-B涂层表面Mo2B5的形成，增加Mo-B涂层的厚度，细化外层MoSi2组织；（2）两步包埋法制备的Si-B-Y涂层的综合抗氧化性能优于Si-B-Y共渗涂层。两步包埋制备的Si-B-Y涂层经1150℃氧化105h后的抛物线氧化速率常数(K-4w=1.20×10mg2/(cm4·h))低于Si-B-Y共渗涂层(K-424w=5.60×10mg/(cm·h))。氧化时间延长至275h时，两步包埋制备的Si-B-Y涂层结构仍未发生失效，其K-424w值为3.96×

7、10mg/(cm·h)；经1600℃氧化3h后Si-B-Y共渗涂层表现为失重，失重量为0.45%，而两步包埋Si-B-Y涂层表现为增重，增重量为0.076%；（3）两步包埋Si-B-Y涂层高温氧化失效的主要原因在于Si的扩散，表现为Mo5Si3层的增厚。与MoSi2涂层相比，两步包埋制备的Si-B-Y涂层在1150℃循环氧化时的IMo-425Si3生长速率较低，为3.20×10μm/s；随着氧化温度(1600℃)的增加，涂层中的Mo5Si3生长速率仍明显低于MoSi2涂层，说明两步包埋制备的Si-B-Y涂层有效减缓了Si的扩散，延

8、长了抗氧化涂层的寿命。关键词：两步包埋法，钼，钇改性，氧化，硅扩散IIAbstractMolybdenum(Mo)anditsalloysarewidelyusedinaerospace,glass,electronics,metallurgy,s