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。     

高温合金渗Al-Si层的微观组织分析

利用SEM,XRD和EPMA详细分析K4104镍基高温合金料浆渗Al-Si的微观结构.结果表明,表层主要为富Al的β-NiAl CrxSiy化合物,过渡层主要为富Ni的β-NiAl相,内扩散层主要为β-NiAl相 富Cr相 γ'-Ni3Al相 Ni固溶体.     

Ni3Al基合金IC6的防护涂层研究

采用离子电弧镀的方法在Ni3Al基合金IC6上制备了NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf三种不同成分的MCrAⅨ包覆涂层,观察了涂层的微观组织,测试了带涂层试样的拉伸和高温持久等主要力学性能以及抗氧化和抗腐蚀性能.实验结果表明涂层与合金基体的结合良好,各涂层均由γ′,γ,β和α-Cr组成.扩散处理后,基体材料与涂层发生了元素的互扩散.NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对IC6合金的高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能均有明显改善,NiCoCrAlYHf涂层在改善腐蚀性能方面效果更显著,NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对合金的力学性能影响不大,而高Cr含量的NiCrAlY由于在高温下对IC6合金的持久性能影响较大,不适用于IC6合金.本研究条件下的NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层能对IC6合金起到很好的防护作用.     

单晶高温合金铂改性铝化物涂层的高温氧化行为

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上分别制备了单一铝化物和铂改性铝化物涂层,研究了1050℃下两种涂层在空气中的高温氧化行为。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了铝化物涂层在氧化过程中相成分和显微组织的演变规律,结果表明:经1050℃氧化250h后,两种涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的抗氧化性能相对于单一Al涂层提高了2倍以上;涂层主要由β、γ'和α-Al2O3三种物相组成;随着氧化时间的延长,两种涂层表面均出现了氧化膜的脱落现象,但Pt-Al涂层表面氧化膜的脱落面积较小;涂层中相变过程的产生、γ'相贯穿整个涂层和混合氧化物层过早形成是导致铝化物涂层氧化剥落失效的主要原因。Pt元素的加入既可减缓β→γ'的相变速率,又可有效阻挡基体中难熔金属元素的外扩散行为,保证了高质量α-Al2O3保护膜的生成。     

热等静压处理对定向凝固NiAl/Cr(Mo,Hf)合金沉淀相和高温拉伸性能的影响

 研究了经热等静压处理后定向凝固 Ni Al/Cr(Mo,Hf)合金中的沉淀相和高温拉伸性能的变化。通过透射电镜和扫描电镜观察发现 :热等静压处理后,Ni Al和 Cr(Mo)相的形貌变化不大,聚集在 Ni Al/Cr(Mo)相界上的 Heusler减少并在 Ni Al,Cr(Mo)相中重新分布。从界面能的角度解释了 Heusler相主要沉淀在Ni Al/Cr(Mo)相界上的原因。热等静压处理后合金中不存在 G相。高温瞬时拉伸实验表明此合金具有优异的高温拉伸强度。     

铂铝黏结层体系EB-PVD热障涂层的热循环行为

在镍基单晶高温合金基体上采用化学气相沉积法制备铂铝金属黏结层,并采用电子束物理气相沉积制备氧化钇部分稳定化的氧化锆(YSZ)陶瓷面层。研究了黏结层相组成对热障涂层循环氧化行为的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和X-射线衍射分析(XRD)等方法分析涂层的相结构、显微组织和化学成分。结果表明：黏结层主要成分包括Ni、Al、Pt、Co和Cr元素并由β-(Ni,Pt)Al相和PtAl₂相组成;经热循环测试后,涂层在热生长氧化物(TGO)和黏结层内部及其界面可能出现剥离;随着热暴露时间的延长,TGO层处的残余应力总体上呈现出逐渐减小的演变趋势;控制铂铝黏结层前驱体活性、Pt/Al元素含量、抑制脆性PtAl₂相生成、改善TGO层/黏结层界面韧性和降低TGO层应力应变水平可有效延长铂铝黏结层体系热障涂层的热循环寿命。     

电弧离子镀Al扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在HY3(NiCrAlYSi)涂层与镍基高温合金(K5合金)之间沉积一层Al薄膜经过马弗炉870℃加热1h形成Al2O3作为扩散障层,研究了Al2O3对HY3(NiCrAlYSi)涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:Al2O3有效阻止基体与涂层之间的元素互扩散,提高了HY3(NiCrAlYSi)涂层和K5合金的抗高温氧化性能。     

真空预氧化处理对热障涂层静态氧化行为的影响

利用超音速火焰喷涂技术在DZ40M合金表面制备了Ni Co Cr Al Y粘结层,采用等离子喷涂技术在粘结层表面制备了陶瓷面层,并对整体热障涂层进行了真空预氧化处理。通过高温静态氧化实验研究了真空预氧化对热障涂层的氧化行为的影响。结果表明:真空预处理可在MCr Al Y粘结层和陶瓷面层的界面处形成连续、致密的α-Al2O3层;在1050℃下氧化800h后,喷涂态涂层TGO中除α-Al2O3外,还生成了大量尖晶石氧化物,而预氧化涂层TGO则以α-Al2O3为主;预氧化处理有效抑制了涂层在高温氧化过程中尖晶石氧化物的形成,从而降低了整体氧化膜的生长速率。     

K488合金平衡相的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件,对K488合金平衡相和合金元素对析出相的影响规律进行了计算和实验两方面的分析。计算和实验结果均表明:合金的平衡相主要有γ、γ'、σ、碳化物,合金凝固过程中Mo,Ti偏析比较严重;随着C和Nb含量的增加,MC的析出量增加而析出温度降低,Ti元素则相反;Al、Ti元素含量的增加,γ'相析出量和析出温度逐渐增加;Cr含量对σ相的析出量和析出温度影响最大;计算和实验结果具有较好的一致性。     

含铼单晶高温合金铝化物涂层的高温氧化行为

采用低压气相沉积法,在镍基高温合金DD32上制备铝化物涂层.涂层外层为β-NiAl,内层(扩散层)宽度接近外层,富集Re.在900℃,1000℃氧化500小时后,表面氧化膜为致密的α-Al2O3 和针状的θ-Al2O3,氧化动力学基本符合抛物线规律.氧化后的铝化物涂层外层为β-NiAl,有贫Al的Ni3Al沿晶界析出;内层(扩散层)母体为Ni3Al,并析出块状的富Re和W的化合物.     

防护涂层对Ni3Al基合金IC6AE微观组织和抗腐蚀性能的影响

采用料浆法和粉末包埋渗法在Ni3Al基等轴晶合金IC6AE上分别制备了Al-Si和NiCr-CrAl涂层,并对Al-Si和NiCr-CrAl涂层及不加涂层的IC6AE合金三种试样进行900℃/20h,40h,60h,80h,100h的涂盐(5wt%NaCl 95wt%Na2SO4)抗腐蚀性能试验.试验结果表明,与Al-Si涂层试样和无涂层IC6AE合金试样相比,NiCr-CrAl涂层试样表现出最好的抗热腐蚀性能;与无涂层的IC6AE合金试样相比,Al-Si涂层试样的抗腐蚀性没有明显的改善.微观结构分析表明,无涂层的IC6AE合金在900℃时经过几个小时后就遭到了严重的腐蚀破坏.涂盐腐蚀100h后,表面生成了一层主要由Mo,Ni的氧化物组成的多孔无保护性的疏松层.对于Al-Si涂层的试样,900℃/100h腐蚀后试样表面生成了大量Mo,Ni的氧化物,此外还有少量Al2O3及NiAl3相,这些相对样品有一定的保护作用.涂覆NiCr-CrAl涂层的样品经900℃/100h腐蚀后,试样表面主要生成了连续致密的Al2O3及NiAl2O4层,并有少量的Mo,Ni的氧化物,因此对合金有着较好的保护作用,抗腐蚀性能得到了显著改善.     

Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.     

DZ125合金真空电弧镀沉积复合涂层技术

采用真空电弧镀技术(arc ion plating,AIP)在DZ125定向高温合金基体上制备60μm沉积-扩散型复合涂层(NiCrAlYSi+AlYSi)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析涂层的组织及结构,涂层外层形成大量的β-NiAl相,涂层中Al浓度自外向内逐渐降低,形成具有浓度梯度的复合涂层,有利于高温下涂层表面形成致密的Al2O3保护膜,提高表面保护膜的自愈能力。对沉积-扩散型复合涂层的试样进行1150℃抗氧化实验和900℃抗热腐蚀等实验,评价其抗氧化、抗腐蚀性能,对涂层氧化速率及腐蚀速率进行表征。结果表明:复合涂层明显改善了合金的抗高温氧化性能,承温能力明显提高,寿命延长。     

钴基钎料钎焊K465合金大间隙接头组织与性能

采用Co45Ni Cr WB钴基钎料,预填FGH95镍基合金粉,在1220℃不同保温时间下对K465高温合金进行0.5 mm大间隙真空钎焊实验,研究钎缝组织构成及不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明:钎缝组织由合金粉颗粒及颗粒间硼化物相构成,颗粒内为γ和γ'双相组织和少量小块状硼化相,颗粒间是高Cr,W和Nb的硼化物相;钎焊时随保温时间延长合金粉长大,化合物相合并长大;合金粉比例高、保温时间适当获得钎缝中化合物相细小弥散分布,对接头性能有利;钎焊保温30~60 min时接头持久性能较高。     

Ni基超合金强化相的电子结构和层错能的计算

为了控制和调整合金中位错分解方式，最终达到控制蠕变机制和提高合金持久寿命的目的。应用实空间Recursion方法，计算了Ni3Al强化相中[111]层错的电子结构及加入微合金化元素Co的效应。建立了Ni3Al中沿[111]方向生长的晶体模型和产生层错后的晶体模型，给出了体元的电子态密度，费米能级和层错能。通过计算得到了以下结论：(1)在Ni3Al晶胞中Al对于总态密度的贡献在整个能量范围内较小，总态密度主要来自过渡金属Ni。(2)用Co原子代替Ni3Al中Al原子可以降低Ni3Al层错能。     

Re对γ'相粗化行为的影响

研究了三种不同Re含量(wt%)的新型单晶高温合金(DD6+0Re合金, DD6+1Re合金, DD6+2Re合金)在1100℃下的γ'粗化动力学.结果表明,Re可以有效地阻碍γ'相的粗化,提高γ'相的粗化激活能,从而可以Re改善单晶高温合金的高温力学性能.     

Mg/Al合金粉末热压烧结中相变扩散过程研究

利用OLYMPUS GX71金相显微镜及EDS对Al-15％Mg热压烧结样品进行金相显微组织观察与成分分析,探讨烧结过程中组织演变过程。实验结果表明：热压烧结过程中两种粉体发生互扩散,首先在Mg颗粒边缘形成γ（Al12Mg17）相,而后随扩散的进行γ相转变为β（Al3Mg2）相,Mg颗粒由外向内不断的形成γ相,而后不断的转变为β相,直到全部生成β相。随温度的降低,β相会以极其细小的颗粒形式析出;利用真空热压烧结方法在420℃,150Mpa下保压3—4h进行固相烧结获得密度低于2．5g／cm^3致密度达98％以上的Al—15％Mg合金。     

Cu、Li 含量对Mg、Ag、Zn 复合微合金化铝锂合金力学性能及微观组织的影响

通过18个不同Cu(3.24%~4.16%)、Li(0.94%~1.44%)含量的0.4Mg+0.4Ag+0.4Zn复合微合金化Al-Cu-Li合金,研究总结了T8时效处理时Cu含量及Li含量对铝锂合金强度和微观组织的影响,并采用合金中非固溶Cu、Li原子总分数及Cu/Li原子分数比例阐明了强度及微观组织的影响规律及机理。结果表明:合金中时效强化相包括T1相(Al2Cu Li)、θ'相(Al2Cu)和δ'相(Al3Li)。Cu、Li原子总分数及其比例增加,合金中时效强化相总量及T1相比例大,合金强度较高。而Cu/Li原子分数比例较低,δ'相比例增加,T1相比例下降,合金强度降低。     

一种低Cr高W型铸造镍基高温合金的显微组织及其稳定性

研究了一种具有第一代单晶合金高温强度水平,其成分为Ni 1.5Cr 10Co 16W 2Mo 6Al 1Ti 1Nb 0.1C 0.02B 0.1Zr的普通铸造镍基高温合金的显微组织及其长时组织稳定性。对试验合金铸态及850℃/3000h,950℃/1000h,1100℃/50～500h热暴露后的显微组织进行了光学金相、定量金相、扫描电镜和能谱分析。结果表明:取样部位的截面尺寸不同直接影响合金铸态组织中相的尺寸及含量,其中大截面尺寸部位共晶γ′的含量少而尺寸大;截面尺寸对MC碳化物含量影响不大,但其尺寸随着截面尺寸的增大而明显增大。本试验用合金具有优良的组织稳定性,在850～1100℃长时热暴露均无有害的TCP相析出,其碳化物反应是MC的缓慢分解和M6C沿晶界、枝晶间和共晶γ'周围析出,在1100℃/500h热暴露以后,仍然保留原始铸态组织中约50%的MC碳化物。     

激光熔覆Ni16Ti6Si7涂层组织与耐磨性

以Ni—Ti—Si合金粉末为原料，利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢基材上制备了以Ni16Ti6Si7初生树枝晶和枝晶间γ-Fe—Ni固溶体组成的耐磨涂层。用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等对涂层组织进行了分析，测试了其在高温干滑动条件下的磨损性能。结果表明，由于Ni16Ti6Si7较高的硬度和具有较好韧性配合的涂层组织，激光熔覆涂层具有优异的高温磨损性能。