金属钼表面Mo-W-N-Si系涂层的制备工艺与氧化性能研究

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汽车工业是综合性工业,它的发展与材料密切相关。汽车玻璃是汽车车身附件中必不可少的部件,主要起到防护的作用。熔炼玻璃时电极是玻璃电熔炉中的重要部件,直接关系到玻璃性能的优劣。钼因在高温中具有良好的力学性能且耐熔融玻璃的侵蚀,因此常用钼作为电极熔炼玻璃。但钼的抗氧化性能较差,在400℃开始氧化,700℃以上急剧氧化,造成性能下降。钼电极在使用的过程中须采用热装以避免被氧化,具有一定的危险性。涂层防护是提高钼电极抗氧化性能的有效方法。二硅化钼(MoSi2)具有高熔点、密度适中、优异的导热性和导电性等优点,其在高温氧化气氛时表面生成一层致密的SiO2膜,因而具有优异的高温抗氧化性,可作为钼电极的抗氧化涂层。但MoSi2与Mo的热膨胀系数相差较大(MoSi2:8.5×10-6 K-1;Mo:5.8×10-6 K-1),热循环使涂层与基体因热不匹配而产生裂纹,降低了涂层的抗氧化性能。因此探索钼电极的高抗氧化性MoSi2基复合涂层具有实际意义。  本文选用包埋法在钼表面三步原位合成Mo-W-N-Si复合涂层,对涂层的相组成、微观组织结构进行检测分析,优化了涂层的制备工艺;探讨了涂层的氧化性能及氧化机理,得出了以下的研究结果:  1、采用包埋法在钼表面三步原位合成了Mo-W-N-Si复合涂层。涂层由外向内依次为外层和过渡层,外层由(Mo,W)Si2和Si3N4相构成;过渡层由Mo5Si3相构成。涂层的最佳制备工艺为渗钨(1400℃保温10 h)+渗氮(1000℃保温3 h)+渗硅(1200℃保温20 h)。  2、涂层具有优异的高温抗氧化性能。涂层在1300℃、1450℃和1600℃大气环境中氧化时,有效抗氧化时间分别为2088 h、1248 h和288h。在MoSi2涂层中,引入W元素可有效地抑制Si的扩散;引入适量Si3N4可协调MoSi2与Mo的热匹配性能,提高了涂层的高温抗氧化性能。  3、涂层具有优良的低温抗氧化性能。在500℃和600℃大气环境中氧化时,涂层的氧化速率分别为0.0145和0.0191 g/(m2×h),归因于涂层表面形成了致密、连续的SiO2膜。
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