Nb521表面抗氧化多层涂层制备与高温性能研究.pdf

摘要

铌合金是航天发动机与超音速飞行器等高温热结构部件重要候选材料，但铌

合金的抗氧化性差，传统硅化物涂层抗氧化性能不能满足更高使用要求、且功能

单一，难以兼顾抗熔盐腐蚀、辐射散热等综合热防护性能。本文提出在Nb521合

金表面构建包埋渗-微弧氧化复合涂层，以实现高温抗氧化、抗熔盐腐蚀、辐射散

热的综合热防护性能。首先通过包埋渗工艺参数调控，制备出Si-B共渗层，通过

热力学和动力学分析建立涂层生长模型；进而以渗层为底层，在其表面制备出

MoSi与SiC纳米粒子辅助沉积烧结的微弧氧化外层，形成了NbSi/NbO-SiO-

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BO-MoSi和NbSi/NbO-SiO-BO-SiC多层复合涂层，研究了多层复合涂层的

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组织结构，揭示了复合涂层的高温氧化、熔盐腐蚀行为及发射率强化机制。

Si-B共渗形成了NbSi/NbSi-NbB多层渗层。通过提高包埋渗温度和保温时

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间可以增加渗层的厚度。NbO-SiO-BO、NbO-SiO-BO-MoSi和NbO-

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SiO-BO-SiC微弧氧化外层为多孔结构，SiO和BO相主要以非晶相的形式存

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在。纳米粒子以沉积烧结的方式均匀分布在微弧氧化层外，并促进了涂层的生长。

NbSi/NbO-SiO-BO-MoSi和NbSi/NbO-SiO-BO-SiC复合涂层试样在

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1200℃氧化50h后增重分别为4.24mg/cm和3.15mg/cm，低于Si-B共渗层的

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6.79mg/cm。抗氧化性能的提高归因于MoSi、SiC能够快速氧化生成致密SiO

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氧化膜，隔绝氧气，减少NbSi内层的消耗。MoSi、SiC粒子氧化生成的致密

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SiO氧化膜，在熔盐腐蚀环境下能够阻挡腐蚀熔盐的渗入，因此NbSi/NbO-

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SiO-BO-MoSi和NbSi/NbO-SiO-BO-SiC复合涂层也具有优异的抗熔盐腐

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蚀性能，在900℃腐蚀50h后增重分别为3.41mg/cm和3.11mg/cm。

微弧氧化层中NbO和SiO相导致多化学键的振动吸收，使NbSi/NbO-