钽钨合金表面辉光等离子渗铪制备铪合金层技术研究

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钽钨合金由于其高密度、高熔点、塑性好,特别是优异的耐蚀性以及高温力学性能,被广泛用于高温、化工、宇航以及电子等领域。但是它的抗氧化性能较差,大大限制了应用范围。  采用基体合金化和表面工程技术对钽钨合金基体或表面进行改性处理是提高其抗氧化性能的重要途径。基体合金化技术主要受合金化元素添加量的限制,尤其一些贵金属使用价格昂贵,成本太高,且对基体材料的整体性能产生较大的影响;后者目前主要通过涂层保护技术提高材料表面的抗氧化性能,但是这种技术容易受涂层与基体结合强度的制约,特别是涂层在受到疲劳载荷时很容易剥落,从而对基体材料产生毁灭性的影响。  双层辉光等离子表面冶金技术可以制备元素呈梯度分布的扩渗层,实现与基体牢固的冶金结合,并且成分可控,节约成本。本文采用该项技术在钽钨合金表面渗碳、渗铪制备合金层,并对实验过程中工艺参数以及合金层的形貌、物相、硬度以及抗氧化性能等进行了研究,主要得出了以下结论:  1、采用石墨保温罩做为产生空心阴极效应的筒状电极能够同时实现在Ta-W合金表面渗C和渗Hf;经过不同工艺探索,在Ta-W合金表面制备了以TaC、Ta2C为主,以及夹杂少量HfC的覆盖层,该覆盖层硬度值高达1700HV左右;合金层中C含量呈梯度下降趋势,与硬度值变化一致。  2、采用深井型电极结构在Ta-W合金表面辉光等离子渗Hf首次制备了Hf合金层,Hf在合金层中呈梯度分布。合金层的厚度随渗Hf温度的升高而增加,1400℃保温5h厚度为5μ m,1600℃保温6h厚度为45μ m,1700℃保温12h厚度为140μm。  3、Ta-W合金表面制备了Hf合金层后,抗氧化性能得到了较大的提高,且渗金属温度越高,渗层愈厚,效果越明显。初步分析Hf合金层的抗氧化机理是由于生成的HfO2薄膜相当致密,阻挡了氧离子向基体内部扩散;另一方面HfO2缓解了氧化膜生成过程中产生的应力,延缓了氧化膜开裂剥落的时间。
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