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镍铬合金用玻璃基抗高温氧化涂层的研究
摘要
镍铬合金是应用最为广泛的高温材料之一，但其在高温氧化环境中的性能下降严重，导致长期使用受到限制。因此，开发一种能够有效抗高温氧化的涂层技术成为了当前研究的热点。本文重点研究了基于玻璃基材料的高温氧化涂层技术在镍铬合金上的应用，从涂层制备、微观结构、高温氧化性能等多个方面进行了探究。研究结果表明，采用玻璃基抗高温氧化涂层可以有效提高镍铬合金的高温氧化抗性和机械性能，具有广阔的应用前景。
关键词：镍铬合金；玻璃基涂层；高温氧化；抗腐蚀性能
引言
镍铬合金广泛应用于航空、燃气涡轮发动机、汽车发动机零部件、电力机械经常的制造等领域[1]。但其在高温和强氧化的环境中，容易发生氧化反应，对其性能和使用寿命造成了极大的限制。因此，如何提高镍铬合金的高温氧化抗性已成为研究的热点和难点之一。
目前，针对镍铬合金的高温氧化问题，研究人员采用了各种方法进行了研究，如表面修饰、合金化处理和涂层技术等。其中涂层技术因为其操作简便、外观美观、成本低廉等优点，成为了研究的热点。玻璃基涂层是涂层中的一种新型涂层，其以高熔点氧化物玻璃为基材，通过多种基体进行改性，以改善这种材料在高温环境下的性能。玻璃基涂层的优越性能也引起了广泛关注。其烧结温度通常高于1000℃，在高温环境下具有优秀的抗氧化和抗腐蚀性能，能够有效地提高镍铬合金的高温性能。
本文将重点研究基于玻璃基涂层技术在镍铬合金上的应用，分析玻璃基涂层的微观结构、高温氧化性能等方面，以期为镍铬合金提高高温抗氧化能力提供新的思路和方法。
一、实验方法
1.材料制备
实验材料为超级合金IN718（GH4169），用机械打磨和超声波清洗处理后，进行基底表面处理。制备玻璃基涂层前需要制备基台材料，优化基台材料的合成比例后制备基台材料：氧化硅（45%）、氧化铝（30%）、氧化镁（20%）、玻璃接合料（5%）。
2.涂层制备
采用熔融喷涂方法制备涂层，将制备的基台材料熔融在喷涂炉中，然后利用高速喷涂技术将玻璃基涂层喷涂到铬镍合金表面。熔融处理温度为1275℃，撞击功率为1000J。
3.微观结构分析
采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对涂层的微观结构和元素组成分析。
4.高温氧化性能测试
采用恒温高温炉进行高温氧化性能试验，试验条件为1150℃，动态氧化时间为100小时。然后采用SEM对试样的微观结构进行观测和分析。
二、实验结果
1.涂层制备
制备的基台材料经烧结后获得了具有一定机械强度的玻璃基，在喷涂过程中通过高速撞击在合金表面形成了均匀的涂层，具有很好的附着性。
2.微观结构分析
SEM观察结果表明，涂层和基底之间形成了良好的结合，并具有原始涂层的良好膜形。透射电子显微镜观察结果表明，涂层主要由氧化镁、氧化铝和氧化硅三种氧化物组成。
3.高温氧化性能测试
高温氧化性能试验结果表明，相比于未涂层的GH4169试样，玻璃基涂层GH4169试样的表面出现了一些暴露无涂层的区域，但是其高温氧化性能整体得到了有效提高。涂层前后的试样经过高温氧化后，表面被氧化了一层氧化物，未涂层的试样表面开始腐蚀，并出现粉化现象，而涂层试样表面没有这种情况。
三、实验分析
1.涂层制备
通过本实验可知，采用基于玻璃基材料的高温氧化涂层技术，可以在铬镍合金上制备出表面光滑、附着力好的涂层。制备的玻璃基材料骨架中，硅氧键络是玻璃导电性和化学稳定性的主要基础，氧化铝是主要的增强成分，氧化镁提高了涂层的热稳定性和耐热能力。
2.微观结构分析
涂层主要由氧化镁、氧化铝和氧化硅三种氧化物组成，氧化镁起到了增强涂层热稳定性和耐热性能的作用，氧化铝的聚合体在涂层中充当增强剂，氧化硅则较稳定，可保证涂层的化学稳定性。
3.高温氧化性能测试
经过高温氧化测试后，未涂层的GH4169试样表面出现腐蚀现象，并出现了粉化现象，而玻璃基涂层GH4169试样表面没有这种情况，表明玻璃基涂层能够有效提高铬铬合金的高温氧化抗性。
四、结论
通过研究结果表明，基于玻璃基涂层技术在镍铬合金上应用可以有效提高镍铬合金的高温氧化抗性能，并具有很好的附着性。涂层主要由氧化镁、氧化铝和氧化硅三种氧化物组成，其中氧化镁增强了涂层热稳定性和耐热性，氧化铝增强了涂层的化学稳定性，氧化硅则保证了涂层的稳定性。因此，玻璃基涂层有较好的应用前景，可以用于提高镍铬合金的高温氧化抗性。