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熔盐处理对SiC 陶瓷表面及其与Si 涂层界面性能影响研究

2021-09-16田劲牛亚然侯清宇钟鑫黄贞益郑学斌

热喷涂技术 2021年2期
关键词:界面

田劲,牛亚然,侯清宇,钟鑫,黄贞益,郑学斌

(1. 安徽工业大学,冶金工程学院,马鞍山243002 2. 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201899)

0 引言

硅基陶瓷材料,如SiC、C/SiC、SiC/SiC 等,具有密度低、耐高温、力学性能优异等特点,有望替代高温合金,应用于航空发动机热端部件[1,2]。然而,环境障涂层(Environmental barrier coating,EBC)体系的Si 粘结层与基体之间的结合是其薄弱环节,将会严重影响EBC 的服役寿命,导致基体材料的力学性能显著下降[3,4]。

涂层与基体的结合强度是评价涂层质量和可靠性的重要指标之一[5,6]。影响涂层与基体结合强度的因素较多,其中基体表面预处理状态是重要的影响因素之一[7]。基体表面处理有多种方法,包括喷砂处理、高温熔盐处理、激光刻蚀、砂纸打磨、酸洗、磷化等[8,9]。其中应用最为广泛的为喷砂处理,然而相比金属基体,SiC 陶瓷硬度极高,使用喷砂方法易造成表面粗糙度不均匀,影响涂层-基体的界面性能[10]。

熔盐处理是在基体表面涂覆一定浓度的蚀刻剂,然后将试样放入高温环境保温一定时间,然后酸浸泡以去除表面腐蚀产物的表面处理技术[11-13]。熔盐处理方法能活化基体表面,增加基体表面粗糙度,并且具有工艺简单、操作简便、成本低等特点[10]。孙荆[11]等人研究了SiC 陶瓷在Na2CO3熔盐中1000℃条件下的腐蚀特性,发现腐蚀主要发生在晶界和晶粒表面的缺陷处,同时随时间延长,SiC 晶粒本身也被腐蚀,SiC 晶粒表面变得相对光滑,出现了一些沟槽;腐蚀产物除玻璃态Na2SiO3外,还有结晶型Na2Si2O5、SiO2及少量的SiO。W. C. Say[12]等人研究了SiC陶瓷在Na2SO4熔盐中的腐蚀动力学行为,发现在900℃时,腐蚀速率相对较慢,可能因为接近Na2SO4的熔点(884℃)的原因,在900~1300℃温度范围内,SiC 的腐蚀速率随温度升高而增加。……

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