铌合金表面包埋渗-微弧氧化高发射率NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂-MoSi₂复合涂层制备与高温性能

【作者】 王钊； 王亚明； 王树棋； 邹永纯； 欧阳家虎； 贾德昌； 周玉；

【机构】 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院特种陶瓷研究所； 哈尔滨工业大学先进结构功能一体化材料与绿色制造技术工业和信息化部重点实验室；

【摘要】 铌合金熔点高、密度适中,具有优异的高温力学性能,是高速飞行器金属热防护系统的重要候选材料,但铌合金发射率低、抗高温氧化性能差。通过单一硅化物涂层对提高抗氧化性能已达到瓶颈,而且单一硅化物涂层的发射率低,无法满足高温辐射热防护的需求。本文提出采用包埋渗工艺在Nb521合金上制备NbSi₂抗氧化底层,然后通过微弧诱导MoSi₂粒子沉积烧结在NbSi₂底层生长Nb₂O₅-SiO₂-MoSi₂外层,设计出兼具抗高温氧化-高发射率辐射热防护的多功能涂层。单一NbSi₂底层室温下发射率在0.4左右,复合陶瓷涂层通过多化学键合的匹配振动吸收显著提高发射率,NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂涂层在3～8 μm和8～20 μm波段范围内的发射率分别提高到0.6和0.85,NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂-MoSi₂涂层将3～20 μm波段的发射率提高到0.9左右（图1a）。高温(700 ^oC)下复合涂层的发射率降低,但NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂-MoSi₂复合涂层发射率仍高于0.8以上（图1b）。NbSi₂涂层氧化100 h后增重为13.408 mg/cm²,氧化40 h后由于孔洞和Nb₂O₅含量增多,氧化层厚度显著增加,防护能力下降;NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂涂层100 h氧化增重为9.946 mg/cm²,氧化后期由于Nb₂O₅生长导致体积膨胀,内应力增加,表面发生大面积开裂,加剧涂层失效;NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂-MoSi₂涂层含有大量的纳米MoSi₂颗粒以及非晶态SiO₂,提高了涂层抗氧化性,100 h氧化增重仅为5.71 mg/cm²。在铌合金NbSi₂层表面通过微弧诱导MoSi₂粒子沉积烧结制备的NbSi₂/Nb₂O₅-SiO₂/MoSi₂高发射率复合涂层,实现了高温抗氧化-高发射率辐射热防护双重功能。更多还原