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Cr2AlC MAX相涂层在极端环境下的氧化腐蚀机制研究
编号：255 访问权限：仅限参会人 更新：2020-12-08 15:00:12 浏览：564次 口头报告

报告开始：2020年11月15日 11:40（0）

报告时间：15min

所在会场：[C] 分会场二：第十二届全国青年表面工程论坛B [C1] 上午

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摘要
        MAX相是一类分子式为Mn+1AXn的具有密排六方结构的层状高性能陶瓷材料，兼具金属和陶瓷的诸多优异特性，如高温抗氧化、高导电导热、优异抗辐照等，应用前景广阔，特别适用于极端环境下金属的表面防护。鉴于Cr2AlC MAX中同时含有Cr和Al，被认为具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，受到广泛关注。如何制备高纯、致密的Cr2AlC涂层，并阐明其在高温空气和水蒸气等极端环境下的氧化腐蚀机制是目前研究者关注的焦点。
        本研究通过电弧复合磁控溅射技术结合后续热处理制备了Cr2AlC涂层，并设计构筑了Cr/CrCx界面层，研究了涂层在1000-1200 ℃的抗高温水蒸气腐蚀机制。结果发现，氧化后涂层未发生剥落，且无Al向膜基界面扩散，富Al扩散层仅集中在Cr2AlC涂层与CrCx界面层2 μm处，表明界面层的设计构筑实现了强膜基结合与扩散阻挡功能于一体。氧化腐蚀结果表明，Cr2AlC涂层在1000-1200 ℃氧化温度范围内发生了选择性氧化，在表层生成了单一Al2O3氧化层，氧化过程中Al向外扩散致Cr2AlC分解为Cr7C3，扩散在1200 ℃尤为显著，整个氧化过程受Al2O3生成过程控制。界面层设计和表面致密Cr2AlC MAX相涂层的制备大大延长了MAX相涂层在高温水蒸气环境下的服役寿命，有效抑制了Zr合金的氧化，为制备高性能事故容错防护涂层提供参考。
       为进一步拓展Cr2AlC MAX相涂层的高温防护性能，又在哈氏合金基体表面制备了高性能Cr2AlC MAX相涂层，研究其在900-1100 ℃下的空气氧化行为。发现：氧化动力学遵循抛物线规律，并可分为两个氧化阶段，其中第二阶段的氧化速率略低。结构和成分分析表明，在900 ℃下，由于Al的选择性氧化，表层生成了连续且致密的Al2O3层。并且，由于Al的消耗，Cr2AlC相逐渐转变为Cr7C3和Cr3C2。在1000 ℃和1100 ℃氧化温度下，表层氧化层为由Cr2O3和Al2O3组成的混合氧化物层，氧化产物为Cr7C3和Cr2(C,N)。此外，在1000 ℃下氧化40 h后，在膜基界面处出现Al的富集。当氧化温度提高到1100 ℃时，富Al界面层转变为致密且连续的Al2O3层，进一步改善了氧化后Cr2AlC涂层的结合强度和防护性能。
关键词
MAX相,氧化,腐蚀,Cr2AlC,表面防护
报告人
王振玉
副研究员 中科院宁波材料所

稿件作者
王振玉 中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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重要日期

  • 会议日期

    11月13日

    2020

    至

    11月16日

    2020

  • 10月31日 2020

    提前注册日期

  • 11月05日 2020

    初稿截稿日期

  • 11月16日 2020

    注册截止日期

主办单位
中国机械工程学会表面工程分会
承办单位
广东省新材料研究所
北京大学深圳研究生院
现代材料表面工程技术国家工程实验室
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