材料表面綜述

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1、綜述：過渡金屈鋁化物的熱噴涂N.Cinca*,J.M.Guilemany資料來源：金屬間化合物，24卷，2012摘要:本文概述了在過去的兒十年間材料科學(xué)領(lǐng)域所做的科學(xué)努力，理解，評價并提高了通過熱噴涂技術(shù)制備的以過渡金屬鐵，鎳和鈦為基的鋁化物涂層的性能。這些材料由于其良好的特性和優(yōu)異的耐惡劣環(huán)境能力引起了人們極人的興趣；其至已經(jīng)報道他們有朝一I」會成為高溫合金很好的替換材料。然而，室溫塑性差，限制了他們的作為大宗材料的制造和商業(yè)化。得益于加工方法和冶金研究的平行改進(jìn)，部分缺點(diǎn)將出現(xiàn)成果。一個令人關(guān)注的替代選擇是制造一個具有良好承載能力、達(dá)到服役機(jī)械要求并覆蓋有抵擋氣氛條件的保護(hù)涂層材料

2、組件。熱噴涂方法已被證明能非常有效地達(dá)到這些冃的；這篇綜述從涂層結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的角度展示了目前關(guān)于上述提到的鋁化物的研究。1.總論以金加間化合物為基的材料已經(jīng)在許多的應(yīng)用中被開發(fā)，不只其機(jī)械性能,也包括化學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和半導(dǎo)體。最初的參考文獻(xiàn)可追溯到上個世紀(jì)初，但由青木和泉在1980年做的實(shí)驗(yàn)［1］成為了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在Ni3Al添加少量的硼可顯著改善其差的延展性。金屬間化合物的特性和他們與傳統(tǒng)合金的比較可以在別處找到［2?6］?！獋€盂要特別關(guān)注的方面是與低延展性和/或斷裂韌性相關(guān)的問題，因?yàn)樗拗屏诉@些合金的結(jié)構(gòu)性應(yīng)用［7,8］。圍繞鋁化物人們產(chǎn)生了特殊的興趣，因?yàn)樗鼈兒瑑幼銐驍?shù)

3、量的鋁會在惡性工況下形成具有保護(hù)性的鋁的氧化膜。他們有相對較低的密度、高的熔點(diǎn)、良好的熱導(dǎo)率和優(yōu)良的高溫強(qiáng)度；許多金屬間化合物也顯示出丿出:服強(qiáng)度界常，那就是其強(qiáng)度隨溫度升髙增加而不是下降［4］。結(jié)果，人們對這些金屬間化合物進(jìn)行了在更高溫度下結(jié)構(gòu)性應(yīng)用的詳細(xì)研究。已冇很多非常不錯的關(guān)于人部分過渡族金屬鋁化物特性和應(yīng)用的綜述問壯［9?18］,既然這些能夠咨詢到，這些便不再是本文的探討范圍。表1列出了主要的鐵、鐮、鈦的鋁化物與它們相應(yīng)的特性。值得注意的是它們相對較低的密度和人部分的鋁化物他們臨界使用溫度與其熔化溫度相差無幾。表1.金屬間化合物的一般特性IntermetallicCritic

4、alorderingtemperature(°C)Melting(°0pointDensity(g/cm1)Young*s(GPa)modulusNU1139013907.50179NiAl164016405.86294FeAl54015406.721417601540--FeAl125012505.56261TiaAl110016004.2145TiAl146014603.91176TiAL135013503.4冇關(guān)加工方法，熔煉仍然是用來獲得各種鑄造、鍛造和粉末冶金產(chǎn)品的主要加工技術(shù)。然而，在熔煉過程屮出現(xiàn)的問題則必須被考慮［4,9,10］:?與鋁相比過渡金屬傑、恢、鈦具有相當(dāng)大的

5、熔點(diǎn)差異。?金屬間化合物富含人量的鋁。?與放熱白然形成金屬間化侖物相關(guān)的安全問題。山于濕度控制或者熔化劃蝎周圍的水分造成的氫的孔隙率,某種程度上這可以被真空熔煉所克服。鑒于金屬間化合物的制備常規(guī)技術(shù)所遇到的這些怵I難，粉末冶金和固結(jié)己成為一個有前途的發(fā)展路線。不同過渡金屬鋁化物的主要加工方法列表由Feest等人進(jìn)行了報告［19］?例如機(jī)械合金化，最初被開發(fā)是用來生產(chǎn)氧化物彌散強(qiáng)化合金，冃前止被考慮作為一種新的方法來獲得具有獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)和性能的材料°材料生產(chǎn)可以發(fā)生在室溫條件下，卻具有高溫合成的優(yōu)勢,特別是對于金屬間化合物的合成化合物。機(jī)械合金化（MA）也可以緩解金屬間化合物（IMCs）

6、延性較低的問題［絢［21］。新的合金成分和技術(shù)改進(jìn)可能賦予鐵，銀,鈦的鋁化物在高溫應(yīng)用上與高溫合金競爭的機(jī)會，因?yàn)楦邷睾辖鹬荒苡糜谄淙埸c(diǎn)溫度的75%。然而，想要進(jìn)一步追求溫度效率，其他合金共化物必須進(jìn)行測驗(yàn)。從這個角度來看,覘鋁化物由于其較高的熔融溫度也已被研究；他們有比上述鋁化物擁有更加復(fù)雜的品體結(jié)構(gòu)，從而他們在常溫下非常脆。這意味著，室溫下的延展性或韌性的改善需要將它們作為結(jié)構(gòu)材料使川［22,23］。雖然鋸合金的冶金學(xué)開始于90年代初期，然而從來沒有一個商業(yè)上可行的抗氧化覘合金問世。從1970年初開始，與導(dǎo)彈防御系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)得到不斷發(fā)展，然而,所冇的高強(qiáng)度，高溫銳合金想要制成正常軋

7、機(jī)產(chǎn)品（片，棒，板）冇很大困難，這大大限制了覘合金的使用［24］。1.對FeALNiAl和TiAlM涂層的高溫要求抗氧化的平衡高溫強(qiáng)度仍是嘗試開發(fā)高溫應(yīng)川新材料要遇到的問題之一。許多工程上通用材料的性能，例如拉伸蠕變和疲勞強(qiáng)度通常優(yōu)化為最大負(fù)荷承載能力，減少了對環(huán)境抵抗能力的重視。雖然較高的合金鋁含量會提高高溫氧化抗性，但保持在6%以下水平會獲得最人的抗蠕變強(qiáng)度。在溫度高于1125°C時擁有低蠕變率的通用鋁化物（當(dāng)前銀基高溫合金的限制溫度）在低