目前(qian)廣泛用(yong)(yong)(yong)作(zuo)渦(wo)輪發動機(ji)葉(xie)片材料(liao)的(de)(de)鎳(nie)基(ji)高溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)(wen)度(du)已達到(dao)1150°C，接(jie)近其熔(rong)點(dian)，進一(yi)步(bu)提高其使(shi)用(yong)(yong)(yong)溫(wen)(wen)(wen)度(du)十分困難，因(yin)(yin)此(ci)研發能(neng)夠在更高溫(wen)(wen)(wen)度(du)下使(shi)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)新材料(liao)，從而提高渦(wo)輪發動機(ji)進口(kou)溫(wen)(wen)(wen)度(du)，進而提高飛機(ji)發動機(ji)性能(neng)就(jiu)成為(wei)材料(liao)研究工(gong)作(zuo)的(de)(de)熱點(dian)。在有潛(qian)力用(yong)(yong)(yong)于1200°C以上(shang)高溫(wen)(wen)(wen)條件的(de)(de)難熔(rong)金(jin)(jin)屬基(ji)高溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)中，Nb合(he)金(jin)(jin)特別是(shi)Nb-Si基(ji)合(he)金(jin)(jin)由于具有密(mi)度(du)低、高溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)度(du)高等特點(dian)，被認(ren)為(wei)是(shi)最有希(xi)望代替鎳(nie)基(ji)高溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)新一(yi)代超(chao)高溫(wen)(wen)(wen)結構材料(liao)。然(ran)而，到(dao)目前(qian)為(wei)止，Nb-Si基(ji)超(chao)高溫(wen)(wen)(wen)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)高溫(wen)(wen)(wen)抗(kang)氧(yang)化(hua)性能(neng)仍(reng)顯不足(zu)，且很難通過合(he)金(jin)(jin)化(hua)及制備(bei)(bei)工(gong)藝(yi)獲得較大改善，因(yin)(yin)此(ci)需要在其表面制備(bei)(bei)抗(kang)氧(yang)化(hua)涂(tu)層(ceng)。
硅(gui)化(hua)物(wu)涂(tu)(tu)(tu)層是(shi)Nb-Si基合金(jin)(jin)表面(mian)應用(yong)最廣(guang)的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)抗氧(yang)化(hua)涂(tu)(tu)(tu)層體系，目前正(zheng)在(zai)研發的(de)(de)硅(gui)化(hua)物(wu)涂(tu)(tu)(tu)層體系有Ti-Cr-Si系，Fe-Cr-Si系，Mo-Si系等。據報道，用(yong)先滲(shen)(shen)Cr再滲(shen)(shen)Si的(de)(de)兩步法工(gong)藝可(ke)在(zai)Nb-Si基超(chao)高(gao)溫(wen)(wen)合金(jin)(jin)表面(mian)制備由NbSi2、CrSi2、Cr2Nb相(xiang)組成的(de)(de)Cr改(gai)性(xing)NbSi2涂(tu)(tu)(tu)層。用(yong)等離子(zi)噴涂(tu)(tu)(tu)技術可(ke)在(zai)Nb-Si基合金(jin)(jin)表面(mian)制備Mo-Si-Al涂(tu)(tu)(tu)層，涂(tu)(tu)(tu)層由Mo(Si,Al)2及Mo5(Si,Al)3組成。采用(yong)包埋共滲(shen)(shen)法，使用(yong)NH4Cl做催化(hua)劑，在(zai)1350°C下實(shi)現Si-Cr-Y的(de)(de)三元共滲(shen)(shen)，可(ke)以在(zai)Nb-Si基合金(jin)(jin)表面(mian)制備Si-Cr-Y共滲(shen)(shen)涂(tu)(tu)(tu)層，涂(tu)(tu)(tu)層主要由Cr2(Nb,Ti)，(Nb,Ti)5Si3和HfSi2組成，Y元素的(de)(de)添加起到了細化(hua)涂(tu)(tu)(tu)層的(de)(de)作用(yong)。采用(yong)Si-Ge共滲(shen)(shen)法經(jing)1300°C/10h可(ke)在(zai)Nb-Si基合金(jin)(jin)表面(mian)制備Ge改(gai)性(xing)的(de)(de)硅(gui)化(hua)物(wu)涂(tu)(tu)(tu)層，經(jing)1250°C恒溫(wen)(wen)氧(yang)化(hua)100h后的(de)(de)增重為(wei)5.42mg/cm2。
我國(guo)西北工業大(da)學近10年來一直在開展提高Nb-Si基(ji)合(he)(he)金高溫(wen)抗氧(yang)化(hua)(hua)性能(neng)方面的(de)(de)(de)(de)研究，開發了Al、Y、Cr、B、Ce、Zr、Ge等單元(yuan)以及多(duo)元(yuan)聯合(he)(he)改性的(de)(de)(de)(de)NbSi2基(ji)硅化(hua)(hua)物涂層(ceng)體系，其中(zhong)(zhong)多(duo)種涂層(ceng)體系經(jing)1250°C~1350°C恒溫(wen)氧(yang)化(hua)(hua)100h~200h或1250°C-室溫(wen)循環氧(yang)化(hua)(hua)100次后(hou)仍(reng)(reng)對基(ji)體合(he)(he)金具有(you)優(you)良的(de)(de)(de)(de)保護(hu)能(neng)力。其中(zhong)(zhong)最(zui)具有(you)代(dai)表性的(de)(de)(de)(de)是采用Si-AL-Y2O3包埋共滲在Nb-Si基(ji)合(he)(he)金表面制備(bei)的(de)(de)(de)(de)Y，Al二元(yuan)聯合(he)(he)改性硅化(hua)(hua)物滲層(ceng)，該滲層(ceng)具有(you)優(you)異的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)抗氧(yang)化(hua)(hua)能(neng)力，經(jing)1250°C恒溫(wen)氧(yang)化(hua)(hua)100h后(hou)的(de)(de)(de)(de)增重僅為2.3mg/cm2，經(jing)1250°C恒溫(wen)氧(yang)化(hua)(hua)200h或1350°C氧(yang)化(hua)(hua)100h后(hou)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)膜仍(reng)(reng)致密完(wan)整地粘附在滲層(ceng)試樣上。該滲層(ceng)具有(you)多(duo)層(ceng)復合(he)(he)結(jie)構，由外(wai)到內(nei)依次為占滲層(ceng)大(da)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)(Nb,X)Si2外(wai)層(ceng)，(Ti,Nb)5Si4中(zhong)(zhong)間層(ceng)及富Al,Cr的(de)(de)(de)(de)內(nei)層(ceng)。
他們的(de)研究表明，滲劑中的(de)Al粉含量(liang)決定了所制備(bei)滲層(ceng)(ceng)(ceng)中的(de)Al含量(liang)，而后(hou)者對滲層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)高溫抗氧(yang)(yang)化(hua)能力(li)有顯著影響。滲劑中Al粉的(de)添加量(liang)在(zai)一定范圍時(shi)，所制備(bei)的(de)滲層(ceng)(ceng)(ceng)經1250°C/20h氧(yang)(yang)化(hua)后(hou)，表面氧(yang)(yang)化(hua)膜致(zhi)密(mi)完(wan)整，無(wu)剝落現象發生。此(ci)外，研究還發現Al對滲層(ceng)(ceng)(ceng)氧(yang)(yang)化(hua)行為的(de)改性體(ti)現于對氧(yang)(yang)化(hua)膜組織結構的(de)影響，即合適的(de)Al含量(liang)可促使在(zai)滲層(ceng)(ceng)(ceng)(Nb,X)Si2外層(ceng)(ceng)(ceng)表面優先生成(cheng)SiO2，并(bing)形成(cheng)以SiO2.Al2O3為主的(de)致(zhi)密(mi)氧(yang)(yang)化(hua)膜。
已有(you)的工作(zuo)表明，采用(yong)一步(bu)包埋滲法(fa)可成功制備單獨滲硅層(ceng)、Y改(gai)(gai)性硅化(hua)(hua)物滲層(ceng)、Al-Y改(gai)(gai)性硅化(hua)(hua)物滲層(ceng)及其他多(duo)組(zu)元改(gai)(gai)性硅化(hua)(hua)物滲層(ceng)，其中(zhong)Al-Y改(gai)(gai)性硅化(hua)(hua)物滲層(ceng)具有(you)優秀的高溫(wen)抗氧化(hua)(hua)性能。