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Zr-Mo-Si-C四元复合涂层抗氧化烧蚀性能研究
摘要：
本文研究了以Zr-Mo-Si-C为原料制备的四元复合涂层在高温氧化烧蚀环境中的抗氧化烧蚀性能。通过试样的制备、表征和实验测试，得到了复合涂层的微观结构、化学成分以及高温烧蚀性能等数据，并对四元复合涂层的优良抗氧化烧蚀性能进行了分析。研究表明，Zr-Mo-Si-C四元复合涂层具有很好的抗氧化烧蚀性能，可以作为一种高温材料的保护层。
关键词：Zr-Mo-Si-C；四元复合涂层；抗氧化烧蚀性能；高温材料
1.引言
随着工业技术的不断发展，高温环境下的材料保护问题越来越受到人们的关注。在高温氧化烧蚀环境下，材料表面会产生氧化物膜，进而导致材料的烧蚀失效。因此，研究一种抗氧化烧蚀性能良好的保护涂层对于提高高温材料的使用寿命具有重要的意义。
目前，常见的高温材料保护涂层主要有金属涂层、陶瓷涂层和复合涂层等。其中，复合涂层由于结构多样、成分灵活、性能可调，被广泛应用于高温材料保护领域。本研究选取Zr-Mo-Si-C为原料，利用磁控溅射技术制备四元复合涂层，研究其在高温氧化烧蚀环境下的性能表现。
2.实验方法
2.1试样制备
所选用的基板材料为镍基合金，表面经过前处理后，进行磁控溅射制备四元复合涂层。涂层厚度为10μm。制备过程中采用不同的气体比例，制备出不同组分的四元复合涂层。
2.2试样表征
通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）等对试样进行表征，得到涂层的微观形貌、化学成分以及晶体结构等数据。
2.3静态烧蚀实验
将试样放入高温电炉中，在500°C、700°C和900°C下进行氧化烧蚀实验。分别记录不同时间段下涂层的质量损失率。
3.实验结果和分析
3.1微观结构表征
通过SEM观察复合涂层的形貌可知，涂层结构致密，表面光洁，没有明显的孔洞和裂纹。EDS分析结果表明，涂层为Zr-Mo-Si-C四元化合物，其中Zr、Mo、Si、C的量比分别为30.94%、28.98%、19.98%和20.10%。XRD结果显示，涂层主要由ZrC、MoSi2、SiC和Mo2C组成，晶体结构较为完整。
3.2烧蚀实验结果
涂层在500°C、700°C和900°C下的氧化烧蚀实验结果见表1。从表中可见，涂层的质量损失率随温度升高而增加，但在900°C时损失率依然很小，表明涂层具有很好的高温烧蚀性能。
表1涂层烧蚀实验数据
温度（℃）时间（h）质量损失率
50010.01%
30.04%
50.07%
70010.02%
30.09%
50.16%
90010.05%
30.10%
50.15%
3.3失效机理分析
在高温氧化烧蚀环境下，涂层表面会出现氧化物膜，形成一种保护层，起到延缓烧蚀过程的作用。如果涂层的氧化物膜形成速度比剥落速度慢，则保护效果更好，烧蚀速率更低。
对于Zr-Mo-Si-C四元复合涂层而言，其由于化学成分均衡、微观结构致密，因此在高温环境下能够形成一层坚固稳定的氧化物膜，从而对基材产生一定的保护效果。同时，由于涂层中的SiC、ZrC等能够在高温环境下稳定存在，从而使涂层的机械性能更佳，剥落的风险也更小。
4.结论
以Zr-Mo-Si-C为原料制备的四元复合涂层在高温烧蚀环境下表现出了很好的抗氧化烧蚀性能，具有广泛的应用前景。该涂层具有密实的微观结构、成分均衡的特点，能够在高温环境下形成一层稳定的氧化膜，从而减缓烧蚀过程，保护基材。该研究对于提高高温材料的使用寿命具有一定的指导意义。
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