【摘 要】
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C/C复合材料具有低密度、高比模量、高比强度、高韧性、耐烧蚀及耐热冲击、低热膨胀、抗热震等优点,且在高温的情况下力学性能较好,被认为是最有发展前途的高温材料之一。但C/C复合材料抗氧化性能较差,在有氧情况下370℃左右开始氧化,480℃以上开始燃烧。一般采用耐高温氧化涂层或掺杂改变基体的方法来改善C/C复合材料的抗氧化性能。本论文以C/C复合材料作为基材,分别采用电镀和磁控溅射方法制备Ni与ZrN
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C/C复合材料具有低密度、高比模量、高比强度、高韧性、耐烧蚀及耐热冲击、低热膨胀、抗热震等优点,且在高温的情况下力学性能较好,被认为是最有发展前途的高温材料之一。但C/C复合材料抗氧化性能较差,在有氧情况下370℃左右开始氧化,480℃以上开始燃烧。一般采用耐高温氧化涂层或掺杂改变基体的方法来改善C/C复合材料的抗氧化性能。本论文以C/C复合材料作为基材,分别采用电镀和磁控溅射方法制备Ni与ZrN的复合涂层。研究不同工艺参数对Ni涂层和ZrN涂层的物相组成、微观形貌和力学性能的影响。对Ni-ZrN复合涂层进行耐高温氧化检测并分析。涂层的物相分析和微观形貌研究表明:制备Ni涂层时,在55℃左右的镀液中电镀镍其衍射峰较“尖锐”,说明结晶较好。显微电镜下观察发现,涂层由球型颗粒状组成,表面几乎没有缺陷。制备ZrN涂层时,当氮气流量增加时,衍射峰以（200）为择优取向且有转向非晶态的趋势,涂层表面不致密的大颗粒物增多。涂层硬度研究表明:制备Ni涂层时,镀液提高一定温度有益于增加硬度,但温度一直上升硬度反而会降低,镀液温度为45℃测得硬度最大为284.1HV。制备ZrN涂层时,发现所测复合涂层的硬度相对单一Ni涂层提高了25%左右,最大为358.3HV。涂层耐磨性研究表明:电镀镍层后的试样磨损率远小于C/C复合材料基材本身,而磁控溅射ZrN后的复合涂层磨损率几乎都小于单一涂层。证明复合涂层可以有效地提高C/C复合材料的耐磨性。综合Ni涂层和复合涂层的性能检测以及磁控溅射ZrN涂层设计的正交实验,可得出本实复合涂层的最佳参数。电镀镍:电压1.70V,电流0.10A,电镀时间15min,镀液温度50℃。磁控溅射氮化锆:溅射气压2Pa,溅射功率160W,氮气流量25sccm,负偏压120V,溅射温度250℃。分别采取热震测试和静态氧化测试两种方法对复合涂层的抗氧化能力进行检测。经热震实验测试,在800℃的情况下试样可承受住热循环35次以上,在1000℃的情况下试样在热循环28次左右涂层开始失效,各温度下有涂层试样的热震失重率都远小于无涂层试样;经静态氧化测试,在高温有氧情况下复合涂层阶梯失效,可有效保护C/C复合材料,涂层试样的失重率比无涂层试样降低60%左右。
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