【摘 要】
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作为高温环境下的主要传热方式,红外辐射在航天器热防护、工业炉节能、红外加热等领域中备受关注。目前,针对红外辐射涂层的研究较多,但其中多存在近红外波段热辐射性能不足
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作为高温环境下的主要传热方式,红外辐射在航天器热防护、工业炉节能、红外加热等领域中备受关注。目前,针对红外辐射涂层的研究较多,但其中多存在近红外波段热辐射性能不足的问题,如何提高涂层在近红外波段的辐射性能已经成为众多研究者所关注的问题之一。二硅化钼(MoSi2)和碳化硅(SiC)材料因其优异的机械性能、耐高温性能、抗氧化性能和近红外辐射性能,为材料表面改性提供了一种新的选择,在基体表面制备高温红外辐射涂层,是提高其近红外辐射性能的一种有效途径。本课题基于国内外研究基础,主要研究了喷雾干燥和高温焙烧后的纯MoSi2粉末和SiC添加量分别为10%、20%、30%、40%的MoSi2-SiC复合粉末作为热喷涂粉末,分别得到纯MoSi2涂层和不同SiC添加量的MoSi2-SiC复合涂层,对其物相结构、微观形貌、红外辐射性能、抗氧化性能等方面的内容进行了分析,研究了大气等离子喷涂非氧化物涂层的结构与性能,探讨了SiC对MoSi2-SiC复合涂层服役性能的影响与机制。研究结果表明:喷雾造粒后的团聚粉体经1400℃高纯氩气保护焙烧2小时后,粉末并未发生显著相变、反应及氧化,粉末物相结构以四方相MoSi2及α型SiC为主。焙烧后的粉体结构致密、表面光滑,颗粒之间出现明显的烧结颈,粉末尺寸出现明显下降,约为4245μm,D50值为40μm。同时,粉体的流动性和松装密度均有不同程度的提升,流动性约为2729 s/50g,松装密度为1.591.76g/cm3,粉体的工艺性得到了较好的改善;采用大气等离子喷涂技术可用于制备结构致密、结合良好的SiC/MoSi2涂层是可行的,所制备的涂层未发现明显的氧化、剥落等现象,具有操作简单、成本低廉、质量稳定等工艺优势;随着SiC添加量的提高,MoSi2-SiC涂层的红外发射率也随之提高。当添加量为40%时,涂层的红外发射率最高,为0.915,相比纯MoSi2涂层的0.816有了较大程度的改善;发射率提高的主要原因为禁带宽度的减小和新物相Mo4.8Si3C0.6的生成。加入SiC后,涂层的抗低温氧化性能发生下降,且随着SiC添加量的增加,涂层的氧化速率加快。经过100小时500℃的低温热氧化后,所有涂层均未发现pesting现象,其中MoSi2-40SiC涂层氧化程度最高、增重量最大,为75.61mg/cm2,约为纯MoSi2涂层(30.45 mg/cm2)的2.5倍;1000℃热处理100小时后,MoSi2-30SiC涂层保持最高的发射率,达到0.909,辐射率提高的原因主要是涂层表面粗糙度得到了一定的提高(Ra=8.22μm);1300℃水冷热震50次后,MoSi2-30SiC涂层因涂层开裂、热生长氧化物的形成,造成了涂层红外发射率开始下降,意味着此时涂层开始失效。通过本课题研究,可以预计采用大气等离子喷涂制备MoSi2-SiC复合涂层具有较好的高效性、可行性、实用性。
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