TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢的高温氧化行为

 采用增重法研究了0Cr15Ni5Cu2Ti钢在500,600,700和800 ℃下的高温氧化行为。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）以及金相显微分析等技术,对氧化膜的形貌、化学形态和组成以及基体组织的特点进行了研究。试验结果表明,在700 ℃以下,0Cr15Ni5Cu2Ti钢的氧化动力学符合抛物线规律,表面生成的氧化膜具有良好的保护性。800 ℃氧化时,随氧化膜厚度的增加内应力迅速增大,氧化膜容易破裂,甚至剥落;不锈钢基体中发生马氏体向奥氏体的逆转变,使贫铬层厚度增加,促进了失稳氧化发生,导致试样表面局部区域容易生成氧化物“瘤”,而加剧氧化。     

高温合金纳米晶涂层的发展

高温合金纳米晶涂层是一种新的高温合金防护涂层体系.与目前通常采用的涂层不同,其成分与基体合金基本相同,有良好的抗氧化性能,且避免了传统涂层高温使用后在涂层与基体间因互扩散形成的脆性有害相.高温合金纳米晶涂层是在研究晶粒度对合金抗氧化性能影响的基础上发展起来的.本文综述了国内外对晶粒细化影响铁基合金、金属间化合物、高温合金等氧化性能的研究概况,重点介绍了高温合金溅射纳米晶涂层的研究结果.     

Microstructure and Oxidation Behavior of Modified Aluminide Coating on Ni3Al-based Single Crystal Superalloy

Al, Al-Si and Cr-Al-Si coatings are prepared onto IC20 alloy by powder pack cementation to improve the oxidation resistance of the alloy. The isothermal oxidation behaviors of the coatings and the uncoated IC20 alloy at 1 100 °C are comparatively investigated. For the coatings, less weight gains are obtained compared to the uncoated alloy after 100 h thermal exposure. The Al-Si coating exhibits the best oxidation resistance, while the addition of Cr accelerates the scale spallation. Phase transformation from β-NiAl to γ and γ′ occurs in the coating after oxidation for extended periods. The oxidation protection and degradation mechanisms for these coatings are discussed.     

两种MCrAlY涂层/DD6合金的循环氧化和互扩散行为

在DD6单晶高温合金基体上,利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备Ni Co Cr Al Y涂层,采用低压等离子喷涂(LPPS)技术制备Ni Co Cr Al YHf Si涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析(EPMA)等手段研究了在1100℃下的热循环氧化和互扩散行为。结果表明,涂层显著提高了DD6基体的抗氧化能力,经100h的循环氧化后,涂层表面氧化层主要成分仍为α-Al2O3,依然发挥着较好的抗氧化保护作用。这两种涂层与基体之间形成了互扩散区(IDZ)和二次反应区(SRZ),IDZ和SRZ的厚度均随着循环氧化时间延长而增大;SRZ中析出的棒状与颗粒状的拓扑密堆相(TCP)含有W、Re、Mo等高熔点元素,其质量分数分别高达37.51%、14.22%和10.61%,TCP含量随着氧化时间而增多。活性元素Si、Hf对涂层中富Cr相和TGO的增长速率均有一定的抑制作用。     

Deposition of aluminide and chromium-modified aluminide coatings on TiAl alloys using the halide-activated pack cementation method

ＦｕｒｔｈｅｒａｄｖａｎｃｅｓｉｎａｅｒｏｓｐａｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｄｅｍａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｕｓｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄｌｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｔｈａｎｔｈｅｃｕｒｅｎｔｌｙｕｓｅｄＮｉ－ｂａｓｅｓｕｐｅｒａ...     

Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr显微组织和耐磨性研究

Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是,其本身耐磨性比较低。为了提高Inconel617合金表面耐磨性,采用高速火焰喷涂与电子束表面改性技术在Inconel617合金表面制备了WC–Co Cr陶瓷涂层。分析了合金层的微观组织结构和元素分布情况,测试了合金层的硬度与耐磨性。结果表明,在电子束熔覆处理过程中,涂层重熔与基体形成冶金结合,使其耐磨性能大大提高。熔覆层硬度相比Inconel617合金硬度高出620HV0.3。     

Ni47Ti44Nb9形状记忆合金耐蚀性能和抗氧化性能研究

采用高温氧化、电化学腐蚀测试,并结合SEM,XRD等分析手段,研究了Ni47Ti44Nb9合金的氧化性能和抗腐蚀性能。结果表明,Ni47Ti44Nb9合金在450℃下氧化非常轻微,600～800℃下合金的氧化增重曲线近似符合抛物线规律。经高温氧化后,合金表面形成的氧化层具有分层结构,氧化截面由外氧化层和过渡层组成。电化学腐蚀结果表明,溶液中NaCl含量越低,溶液温度越低,合金的腐蚀电流密度越小,腐蚀电位正移,保护膜的稳定性提高。     

合金元素Al对Cr-20Nb合金高温抗氧化性能的影响

采用机械合金化＋热压烧结工艺制备了掺杂合金元素Al的Cr-20Nb合金,研究Al对Cr-20Nb合金在1100℃和1200℃下高温抗氧化性的影响。结果表明,合金元素Al能促进Cr-20Nb合金氧化时生成AlNbO4复合型氧化物,该复合型氧化物能有效抑制Cr2O3,的挥发反应,从而改善Cr2O3,氧化层的致密性,并提高氧化膜的粘附性,导致合金抗氧化性显著提高。不同Al含量的Cr-20Nb合金氧化增重均近似于抛物线规律。     

DSM11镍基高温合金表面三种涂层高温性能

DSM11镍基高温合金表面制备Al-Si、Al和Co-Al三种涂层,研究三种涂层在900℃下的涂盐（质量分数为5% NaCl+95% Na₂SO₄）热腐蚀性能和800℃下的疲劳性能。实验结果表明:在900℃热腐蚀200h后,Al-Si涂层和Co-Al涂层表面腐蚀区均形成了以Al₂O₃为主的连续且致密的氧化层,抑制热腐蚀反应的进行,具有一定的抗热腐蚀性能;Al涂层表面腐蚀区形成了混合型氧化层,热腐蚀反应会持续进行,抗热腐蚀性能较差。在800℃的疲劳实验后,Al-Si涂层表面生成大量的微裂纹,涂层容易发生开裂,进而引起合金试样快速断裂;Co-Al涂层和Al涂层的合金试样表现较好的抗高温疲劳性能。在高温合金的防护涂层使用中,要充分考虑到涂层的服役环境,对相关性能进行综合评价,选出最适合的防护涂层。      

基于甲基三甲氧基硅烷/正硅酸乙酯的聚碳酸酯耐磨涂层

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)水解聚合产物作为主要成膜物质,引入正硅酸乙酯(TEOS)水解产物硅溶胶作为无机增强物,采用溶胶凝胶法在聚碳酸酯(PC)表面形成耐磨涂层。结果表明:PC表面形成了Si—O—Si的交联网络结构。通过测试耐磨实验前后光学性能的变化研究表面涂覆涂层的聚碳酸酯的耐磨性能与涂层组分之间的关系。当涂层原料MTMS和TEOS的摩尔比为2∶1时,聚碳酸酯的耐磨性能达到最优,500次摩擦后雾度为13.22%,为纯PC的56.21%。     

碳纤维表面CVD硅涂层对其性能的影响

 分析了碳纤维表面化学气相沉积Ｓｉ涂层的相结构,研究了Ｓｉ涂层对碳纤维抗氧化性能及强度的影响。结果表明：涂层中Ｓｉ元素呈非晶态分布；Ｓｉ涂层可提高碳纤维的抗氧化性能；氧化温度不同,Ｓｉ涂层碳纤维的氧化失重或增重规律也不相同。同时,Ｓｉ涂层降低了碳纤维拉伸强度,而适度空气氧化又可使Ｓｉ涂层碳纤维强度得到大幅度提高；Ｓｉ涂层碳纤维的强度随氧化温度、氧化时间的变化而改变。     

原位法制备C/C复合材料SiC/Si-Al2O3-mullite复合抗氧化涂层

 以Si和Al₂O₃为原料,采用原位生成法在带有SiC内涂层的炭/炭（C/C）复合材料表面制备出Si-Al₂O₃-mullite（莫来石）抗氧化涂层。采用X射线衍射、扫描电镜和氧化实验研究了Al₂O₃含量等工艺因素对Si-Al2O3-mullite涂层的物相组成、结构形貌、抗氧化性能影响。结果表明：Al₂O₃质量含量为30%~40%时,涂层主要由Si,mullite和Al₂O₃三相组成,涂层致密无裂纹,抗氧化性能最佳。在1 500 ℃等温氧化测试显示,SiC/Si-Al₂O₃-mullite复合涂层比单一的SiC涂层抗氧化性能有明显提高,1 500 ℃等温氧化75 h试样失重为4.6%。涂层试样失重的主要原因是涂层中产生了不可愈合的孔隙缺陷。     

Corrosion mechanism investigation of TiN/Ti coating and TC4 alloy for aircraft compressor application

It is imperative to develop multifunctional erosion and corrosion resistant coatings for compressor blades of aircraft engines in harsh environment. PVD (Physical Vapor Deposition) technology has the advances in processing erosion-resistant coatings; however, the performance of PVD coatings to combat corrosion depends on various coating defects. Determining and comparing the corrosion performances of PVD TiN/Ti coating and uncoated TC4 alloy was the main objective of present work. The 960 h salt spray corrosion and 116 h hot corrosion tests were conducted to simulate the grounding and working environments of the aircraft compressors. The corrosion mechanisms due to the coating defects such as pinhole, columnar boundary and large grain were analyzed based on the OM, Confocal microscope, electrochemical measurements, SEM, XRD and EDS results. Owing to the disordered state associated with the columnar boundary and the coating defect, nitrogen could be easily replaced by oxygen in the hot corrosion process, these structures were channels for fast diffusion of oxygen. Moreover, the Gibbs energy changes of Ti oxidation and TiN oxidation were thermodynamically calculated according to the working condition of aircraft compressors, and considerable research effort was focused on mapping out the phase diagram of Ti, TiN and high pressure gases. The findings of this research can provide insights into developing multifunctional coatings for future aircraft engines.     

纳米SiO2复合对铝合金表面微弧氧化层生长动力学的影响

通过在微弧氧化电解液中添加纳米SiO2颗粒配制纳米电解液,在铝合金表面制备了纳米复合微弧氧化层,考察了恒电压和恒电流两种模式下纳米SiO2复合对微弧氧化层生长动力学的影响.结果表明,恒电压模式下,纳米SiO2复合大幅度提高了生长电流和微弧氧化层生长速率;恒电流模式下,纳米SiO2复合提高了微弧氧化层生长速率,电流效率提高.纳米SiO2颗粒在纳米复合微弧氧化层中掺杂,形成杂质能级,并且降低了微弧氧化层材料的禁带宽度,促进了微弧氧化电击穿过程,是纳米SiO2复合促进微弧氧化层生长的主要原因.     

一种多元铌硅系原位复合材料的高温氧化行为

 采用电弧熔炼的方法制备了Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf (原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。进行了高温氧化试验，使用扫描电镜、能谱和X-射线衍射仪进行分析。结果表明该复合材料铸态组织主要由Nbss和β-Nb5Si3组成；经1250℃/100h静态氧化后，生成厚的氧化皮，其主要成分为CrNbO4，TiNb2O7；在氧化皮下发生严重的内氧化现象；氧优先在Nbss相中扩散并形成内氧化产物；硅化物对氧的扩散起到一定的阻挡作用；硅化物的分散分布有利于氧化皮中压应力的释放。     

多孔NiCr在750℃ NaCl沉积盐中的热腐蚀机理研究

针对飞机发动机高压压气机NiCr系可磨耗封严涂层发生的NaCl热沉积盐高温腐蚀现象,采用粉末烧结法制备了多孔80Ni20Cr合金,研究了其在750℃空气气氛中的NaCl热腐蚀行为。采用X射线衍射和能谱分析等技术对腐蚀产物进行了分析。结果表明,NaCl固体盐通过阻碍合金表面生成连续致密的Cr_2O_3,加速多孔NiCr的腐蚀和氧化。研究发现,在样品外表面形成的Cr_2O_3、NiO、NiCr_2O_4混合氧化物膜易开裂剥落,是合金加速腐蚀的主要方式。此外,通过同步热分析并结合热力学模拟计算发现,NiCr合金的热腐蚀由氯化-氧化协同控制,初始依靠NaCl与Cr元素反应引发合金的循环腐蚀,并推动整个腐蚀过程不断进行。     

EB-PVD热障涂层对IC10合金力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在IC20合金基体上制备NiCrAlYSi粘结层,利用电子束物理气相沉积（EB—PVD）技术在粘结层上制备YSZ陶瓷面层。研究了YSZ热障涂层对IC10合金拉伸、持久、疲劳性能的影响。结果表明：IC10合金沉积YSZ热障涂层后,980℃／200MPa高温持久寿命与IC10合金相当;900℃高温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2、伸长率占和断面收缩率砂与基体相比,基本保持不变;室温抗拉强度σb。屈服强度σ0.2：与基体相比稍有下降;800℃／447MPa疲劳寿命与基体合金相当。因此,IC10合金沉积TBCs涂层后,对IC10合金力学性能无明显影响,不影响合金的实际使用。     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效制度研究

采用硬度法测定了一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金挤压带板的GP区临界形核温度TV（GP区在此温度下形核不依靠空位浓度）和TC（GP区在此温度以上不能形核）。他们的温度区间分别为130～140℃和170～180℃。依据实验结果确定了合金的一级时效温度为120℃,二级时效温度为165℃。合金在120℃/4h+165℃/8h制度下热处理后,L向的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断裂韧度和电导率分别为617MPa,590MPa,13.5%,41.6MPa m^1/2和39.1%IACS,是一种综合性能优良的双级时效600MPa级铝合金。     

核壳结构纳米铝粉热学行为

为了研究不同表面包覆物对纳米铝粉热学行为的影响,采用激光-感应复合加热法制备了三种不同表面包覆的核/壳结构纳米铝粉(氧化铝钝化、碳包覆及增塑剂DOS包覆)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)对制备的纳米粉末结构进行表征,并采用差示扫描量热及热重分析(DSC-TG)对不同物质包覆纳米铝粉的热学性能进行研究。结果表明,这些纳米粒子均呈现出明显的核壳结构,且包覆层厚度约3.5nm。这三种不同表面包覆纳米铝粉在400℃至铝熔点(660℃)之间均发生了氧化,但非氧化物包覆纳米铝粉(碳包覆与增塑剂DOS包覆)的氧化开始温度及峰温比氧化铝钝化纳米铝粉提前了约30℃左右,而且氧化放热热焓和氧化质量增重均高于氧化铝钝化纳米铝粉,表明这两种非氧化物表面包覆对纳米铝粉的热学行为有积极的影响。最后对不同物质包覆纳米铝粉的破壳氧化机制进行了探讨。