离子镀渗NiCrAlY的性能及在燃机上的应用

本文研究了离子镀ＮｉＣｒＡｌＹ涂层的工艺、性能及其应用。指出多弧离子镀工艺是日前生产ＷＪ６Ｇ燃机涡轮ＮｉＣｒＡｌＹ涂层叶片的一种好的方法；得到的ＮｉＣｒＡｌＹ涂层具有很好的抗高温腐蚀性，在燃气涡轮发电机上具有良好的使用性。     

GH140上NiCoCrAlY沉积涂层的高温氧化性能及其微观分析

采用电子束原子束结合技术在ＧＨ１４０高温合金钢基体上沉积ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金涂层，并对涂试样在不同温度下进行高温氧化对比试验，结果表明，其抗高温氧化性能有了明显提高。用电子形貌、ＳＥＭ－ＥＤＡＸ和ＸＲＤ等仪器对试样进行了微观分析，并探讨了有关机理。     

电弧离子镀NiCrAlY涂层高温氧化行为

采用电弧离子镀技术在铸造镍基合金上沉积ＮｉＣｒＡｌＹ涂层，涂层均匀、致密与基体结合良好。测定了Ｋ１７合金和ＮｉＣｒＡｌＹ涂层在９００～１７００℃的氧化动力学曲线，试验结果表明： Ｋ１７合金和 ＮｉＣｒＡｌＹ涂层在不同温度静态空气中氧化动力学曲线基本符合抛物线规律。９００℃和１０００℃时，Ｋ１７合金上沉积ＮｉＣｒＡｌＹ涂层后，明显改善了合金的抗氧化性。１１００℃时，涂层的保护作用降低。随着氧化温度升高，涂层和基体之间元素扩散能力增强，Ｔｉ从基体扩散到涂层表面形成氧化物是导致涂层抗氧化性降低的原因之一。氧化膜从涂层上剥落下来，也导致了涂层抗氧化能力降低。     

溅射NiCrAlY涂层对Ti3Al金属间化合物氧化性能的影响

采用称重法研究了溅射ＮｉＣｒＡｌＹ涂层对Ｔｉ＿３Ａｌ金属间化合物在８５０～９５０℃空气中的氧化性能的影响。结果表明，Ｔｉ＿３Ａｌ的抗氧化性能较差。氧化时，其表面不能形成单一的Ａｌ＿２Ｏ＿３保护膜，氧化膜易剥落；溅射ＮｉＣｒＡｌＹ涂层能通过在涂层表面形成粘附性良好的富Ａｌ＿２Ｏ＿３氧化膜而显著改善Ｔｉ＿３Ａｌ的抗氧化性能。但在９５０℃时有少量合金基体中的Ｔｉ扩散到涂层表面形成ＴｉＯ＿２。同时涂层中的Ｎｉ的强烈向内扩散及基体中的Ｔｉ强烈地向外扩散导致沿涂层与合金基体间形成扩散带。     

真空等离子喷涂MCrAlY涂层的高温抗氧化性能研究

研究了几种真空等离子喷涂（ＶＰＳ）的ＭＣｒＡｌＹ涂层的高温抗氧化性能，结果表明，该工艺能制备抗氧化性能优异的ＭＣｒＡｌＹ涂层。     

不同状态NiCrAlY涂层组织结构的研究

对ＤＤ２镍基单晶材料表面上采用阴极电弧镀（ＡＰＤ）方法获得ＮｉＣｒＡｌＹ防护涂层的原始涂层、扩散处理涂层、塑变涂层以及塑变后时效处理涂层等的表面与内部的相结构进行了试验研究。结果表明，厚度约１３０μｍ的涂层中主要由Ｎｉ３Ａｌ基体（有序或无序）、简单立方ＮｉＡｌ和Ｃｒ三种物相构成，但不同状态的涂层由不同的相结构组成，且沿着涂层深度有着各自不同的分布；塑变使扩散处理析出的ＮｉＡｌ新相又发生回溶，而在高温（１１００℃）下对塑变涂层时效处理后，ＮｉＡｌ相又重新析出。     

发动机涡叶片镀NiCrAlY涂层技术研究及应用

采用真空磁控溅射镀膜技术将ＮｉＣｒＡｌＹ合金镀覆在叶片表面可以获得附着牢固、抗氧化性能良好的涂层,满足了新机研制及首飞的需要。     

NiCrAlY涂层的铬含量及结构对热腐蚀寿命的影响

研究了三种铬含量不同、结构不同的ＮｉＣｒＡｌＹ涂层的抗腐蚀寿命。结果表明,在研究的条件下,Ｃｒ提高２％,涂层平均抗腐蚀寿命提高４０％。而成分相同,合理选择涂层结构－元素浓度分布,涂层平均抗热腐蚀寿命提高２～３倍。     

Ti3Al基体／NiCrAlY涂层体系界面固态反应行为研究

重点研究了温度和时间因素对Ｔｉ３Ａｌ基体／ＮｉＣｒＡｌＹ涂层体系界面反应行为的影响。用阴极电弧离子镀方法在Ｔｉ３Ａｌ基体上涂镀ＮｉＣｒＡｌＹ合金涂层，然后在各种不同温度和时间下对试样进行真空扩散热处理。通过对试样截面的ＳＥＭ观察和ＥＤＳ、ＥＭＰＡ、ＸＲＤ成分分析发现：温度对界面反应的影响存在转折点，在８７０℃以上进行热处理，界面呈现出典型的固态反应行为；在不同的温度区域界面反应的控制因素有差异；考察时间对界面反应的影响发现，反应内外层的控制因素不同。     

静态氧化过程中热障涂层的剥落机理

采用静态氧化试验方法,评定了采用阴极电弧镀方法制备ＮｉＣｒＡｌＹ粘结层、电子束物理气相沉积方法制备Ｙ－ＰＳＺ陶瓷层的热障涂层在１１００℃的抗氧化性能。重点研究了粘结层表面预处理方法对陶瓷面层剥落模式及失效界面特征的影响,考察了１１００℃静态氧化过程中涂层的氧化动力学和相结构的变化,讨论了引起陶瓷面层剥落失效的机理。试验结果显示,在本试验条件下,粘结层氧化是陶瓷面层剥落失效的主要原因,这与表面预处理不当导致的粘结层抗氧化性能下降有关。     

相位角对定向合金DZ125热/机械疲劳行为与寿命影响的试验研究

对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金进行了同相位、反相位和-135°相位的550℃～1000℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:同相位寿命曲线与反相位寿命曲线有一交点,-135°相位的热/机械疲劳寿命比同相位热/机械疲劳寿命与反相位热/机械疲劳寿命长。试样的微观断口分析显示了在热/机械疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。对同相位、反相位和-135°相位热/机械疲劳循环应力响应行为进行了研究。用Manson-Coffin方程、微裂纹扩展模型和拉伸迟滞能(Ostergren)寿命预测模型对DZ125合金的热/机械疲劳寿命进行了预测(分散带为2倍左右)。      

常温腐蚀对Al-Si涂层氧化行为的影响

研究了未经 /经常温腐蚀的 DZ1 2 5镍基合金表面 Al-Si涂层的高温氧化行为。结果表明 ,经腐蚀的涂层等温氧化行为发生变化。在初始阶段 ,经腐蚀的试样增重大于未经腐蚀的试样 ,而且经腐蚀的试样的耐高温性能明显下降。氧化皮中主要是 Al2 O3及少量的 Ti O2 .     

Cyclic Oxidation Behavior of an EB-PVD CoCrAlY Coating Influenced by Substrate/coating Interdiffusion

To reveal the influence of substrate/coating interdiffusion on the cyclic oxidation property of a metallic coating, cyclic oxidation behavior of an EB-PVD CoCrAlY coating on directionally solidified Ni-based superalloy DZ125 at 1 050 oC is investigated. The 40 μm thick CoCrAlY coating has a cyclic oxidation life of around 160 h, and the oxidation constant is 1.915× 10.7 mg4·cm.8·s.1. However, severe spallation of the oxides containing Co, Cr, Ni, Ta and Ti occurs with longer cyclic oxidation. The degradation in oxidation resistance for the coating is related to the depletion of Al due to the oxide spallation and interdiffusion. Severe interdiffusion between the coating and underlying substrate occurs at 1 050 oC. The composition of the substrate has an important effect on the thermal cycling lifetime of the coating. The influencing mechanism is discussed.     

固溶温度对定向凝固高温合金DZ22的组织和性能的影响

 随着固溶温度的提高,显微组织发生明显的变化,共晶Υ′相和初生的粗大Υ′相不断回溶,重新析出更多更细的Υ′相。与此同时,晶界状态也逐渐变成“细线”状。元素的枝晶偏析减小,中、高温的纵向持久寿命增加。但是,中温横向持久寿命显著降低。在试验中测定了DZ22合金的初熔温度为1230～1240°C,并进行了提高初熔温度的试验。文中讨论了确定定向凝固合金回溶温度的原则,根据试验结果,认为DZ22台金选用1200～1210°C为宜。     

DZ22高温合金复杂应力疲劳强度研究

一、疲劳强度计算方法的建立　　定向凝固镍基高温合金 DZ2 2是一种正交各向异性材料 ,对于各向异性材料 ,由于偏轴向拉剪和剪拉耦合的存在 ,形状改变与体积变化无法分开 ,仅考虑剪切应变能不足以说明各向异性材料的失效 ,还需要考虑体积改变能。据此认为 Tsia- Wu理论 [1 ] 较 Hill理论 [2 ] 更能有效地反应各向异性材料的失效 ,并根据 Tsai- Wu理论导出一个疲劳强度的计算方法。Tsai- Wu假设各向异性材料在应力空间中的破坏表面可表示为一个高阶张量多项式 ,并提出了以二阶张量多项式为破坏准则的计算方法 ,即Fijσiσj+ Fiσi =1 ( …     

一种镍基单晶和定向结晶合金的疲劳寿命模型

针对镍基单晶和定向结晶合金的高温低循环疲劳/蠕变寿命预测问题,用晶向函数修正总应变范围以考虑疲劳寿命的各向异性,并综合考虑了最大应力、平均应力、应力范围以及峰值保持等载荷因素对寿命的贡献,在循环损伤累积思想的基础上发展了一种低循环疲劳/蠕变寿命预测方法.利用定向结晶合金DZ125、单晶合金DD3和DD6在不同温度、不同取样方向和不同保载形式作用下的试验结果,对方法进行了验证,预测与试验寿命相比基本落在2倍分散带内,表明该方法能更好地适应叶片材料各向异性与低循环疲劳/蠕变载荷的情况.      

TMF本构和寿命模型:从光棒到涡轮叶片

针对空心涡轮叶片，发展了考虑瞬态变温效应的热机械疲劳（TMF）本构模型和寿命预测方法。第一，以某涡轮叶片用定向凝固合金DZ125为对象，开展了光棒、缺口TMF试验，结合已有的高温疲劳试验数据，获得了相位、温度范围、应力集中等因素对TMF寿命影响规律；第二，利用材料微观组织分析手段，揭示了导致光棒和缺口TMF失效的疲劳裂纹萌生机理；第三，借助于Chaboche本构模型，进行了各向异性、变温、蠕变损伤修正，建立了考虑变温效应的循环-蠕变本构模型，实现了DZ125合金拉伸、等温循环、蠕变、疲劳-蠕变以及TMF应力应变响应的统一建模和预测；第四，发展了疲劳-蠕变-氧化损伤累积的TMF寿命模型，利用简单纯疲劳和蠕变基础数据获得了寿命模型参数，并进一步发展了名义应力法预测了缺口模拟件的TMF寿命；最后，以某涡轮叶片为对象，进行了模拟飞行载荷谱条件下的瞬态变形响应计算和叶片TMF寿命预测。     

表面再结晶对定向凝固高温合金高周疲劳行为的影响

采用悬臂旋转弯曲试验,研究定向凝固DZ4合金在喷丸预变形及热处理后产生的再结晶层对高周疲劳寿命的影响.结果表明,DZ4合金经过一定程度的预变形,在随后的高温热处理后表面会产生一定厚度的再结晶;再结晶层对DZ4合金高周疲劳寿命有一定影响;在一定喷丸强度范围内,随喷丸强度增加,疲劳寿命先减小后增大.     

定向凝固DZ4合金的低周疲劳行为与稳定循环应力

对定向凝固DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳和稳定循环应力应变行为进行了研究,并结合断口观察试验结果,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳属应力疲劳,其损伤以弹性损伤为主,弹性损伤与疲劳寿命具有很好的相关性。加载频率对DZ4合金760℃和800℃下的稳定循环应力均具有一定的影响,尤其是800℃时,各应变下的稳定循环应力均随加载频率的升高而减小。定向凝固DZ4合金高寿命低周疲劳裂纹易于萌生于试样内部或亚表面的柱状晶界,其疲劳裂纹的稳定扩展也较难形成典型的疲劳条带。     

FGH95粉末盘材料热/机械疲劳和等温低周疲劳断裂行为研究

对粉末冶金盘材料 FGH95进行了同相位 ,温度循环为 3 5 0℃到 60 0℃的热 /机械疲劳试验和 60 0℃的等温低周疲劳试验。考察了两种载荷波形下材料的循环应力响应行为和高温疲劳断裂机理以及载荷波形对疲劳寿命的影响。研究结果表明 :同相位热 /机械疲劳寿命比上限温度的等温低周疲劳寿命短。该材料在高温应变疲劳的循环应力响应行为与应变水平的大小以及循环载荷波形有关。试样的微观断口分析显示了在高温应变疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。在同相位热 /机械疲劳载荷下 ,穿晶 +沿晶断裂为疲劳断裂的主要特征 ;在等温低周疲劳载荷下 ,裂纹主要为穿晶萌生与扩展