高速电弧喷涂FeCAl涂层组织结构及抗高温氧化性能研究

用高速电弧喷涂技术(HVAS)制备FeCrAl涂层,测试涂层在800℃的氧化性能,研究涂层在喷涂态和氧化后的组织结构.结果表明,由于冷却速率极快,FeCrAl涂层中形成比较多的Fe-Cr非晶态相,还有少量的Cr1.3Fe0.7O3和体心立方晶格的Fe-Cr固溶体,喷涂过程中Al的氧化比较严重.FeCrAl涂层的抗高温氧化性明显高于12Cr1MoV钢,接近于T91钢,涂层具有优异的抗氧化性一方面是由于层片间形成保护性的Cr氧化膜,阻止进一步氧化,也与含有较多抗氧化性好的非晶态相有关.高温氧化后,涂层中部分非晶态相晶化,转变为Fe-Cr晶体相.     

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。     

激光熔覆Co—Cr—Al—Y合金显微组织及其抗氧化性能研究

本文用2KW Co_2激光器和同时送给工艺在1Cr18Ni9Ti基体上获得了Co-Cr-Al-Y激光熔覆层。涂层试件的显微组织分析表明,涂层组织主要由γ相,α相和富γ粒子组成。在950℃恒温氧化100小时后,涂层的氧化增重远低于基体试件的氧化增重。抗氧化性的改进是由于富γ质点的钉扎作用。     

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。     

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。     

低Cr高W铸造镍基高温合金的高温氧化行为及Ta的合金化作用

对A l,Ta含量分别是6wt%A l,0wt%Ta;5wt%A l,4wt%Ta和6wt%A l,4wt%Ta三炉低Cr高W铸造镍基高温合金进行了静态空气下1100℃/2m in~100h等温氧化试验,并对剥落氧化皮和合金试片表面氧化层进行X射线衍射分析,对氧化后的试片表面及横切面进行光学金相、定量金相、扫描电镜及能谱分析。结果表明:低Cr高W镍基高温合金的早期氧化主要表现为富难熔元素相MC,M6C碳化物和α(W,Mo)相的优先选择性氧化。6wt%A l,0wt%Ta合金和6wt%A l,4wt%Ta的合金经1100℃/100h氧化后的最终主要氧化产物均包含N iO,N iA l2O4和N iWO4,此外合金中还分别存在少量的N iNb2O6和N i(Ta,Nb)2O6。合金的氧化动力学曲线遵循分段抛物线规律。A l量相同的情况下,Ta的加入通过增加共晶γ’量和减缓自由态硫对抗氧化的有害作用从而减少合金的氧化增重和延缓氧化皮剥落,提高合金的抗氧化能力。6wt%A l,0wt%Ta的合金与5wt%A l,4wt%Ta的合金具有相当的高温抗氧化能力,仅从高温抗氧化性能考虑,可以考虑以A l代Ta。     

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.     

三种热喷涂工艺制备NiCr/Cr_3C_2-BaF_2·CaF_2涂层的结构与性能

采用大气等离子喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂三种热喷涂技术制备了NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2涂层,分析比较了涂层的显微组织、物相组成、孔隙率、硬度、结合强度及其摩擦学性能。结果表明,与大气等离子喷涂相比,超音速火焰喷涂和爆炸喷涂技术制备的涂层具有更高的致密度、硬度和结合强度。采用包覆法制备的粉末进行喷涂,碳化物失碳明显减少,涂层中氧化物含量低。三种NiCr／Cr3C2-BaF2·CaF2热喷涂涂层的摩擦系数都随着温度的升高而减小,爆炸喷涂和超音速火焰喷涂涂层的摩擦系数比等离子喷涂涂层的摩擦系数更低,耐磨性得到提高。高温下BaF2·CaF2润滑膜的形成均可有效降低三种涂层的摩擦系数,从而降低涂层和对磨球Si3N4的磨损率。     

锆酸镧涂层高温结构演变及热导性能

采用固相反应法制备La_2Zr_2O_7原料粉体,经喷雾造粒后,采用大气等离子喷涂工艺(air plasma spray,APS)制备La_2Zr_2O_7涂层。重点研究La_2Zr_2O_7涂层在高温长时间条件下的物相组成、微观结构以及导热性能。结果表明:La_2Zr_2O_7涂层具有烧绿石单相结构,密度平均值为5.24 g·cm–3,相成分及密度均不随热处理时间的延长而发生明显变化;初始态涂层内部存在大量非晶态结构,能够有效阻碍声子的传递,涂层热导率可低至0.392 W·m–1·K–1;经高温热处理后,非晶态结构逐渐转变为晶态结构,声子传递效率明显提高,导致涂层热导率显著上升;同时,热处理后的涂层高温热导率的回升现象明显减弱。     

工艺动态

ＣＭ2 47ＬＣ超合金的耐高温腐蚀热障涂层　　德国的Ｉ .Ｇｕｒｒａｐｐａ对燃气涡轮发动机高温零件先喷涂耐腐蚀涂层 ,再喷涂氧化锆基热障涂层 ,以改善其抗氧化性和耐腐蚀性 ,延长零件寿命。在机械加工的直径 10ｍｍ、高 10ｍｍ的ＣＭ 2 4 7ＬＣ超合金试片上 ,用大气等离子喷涂制备各种成分的ＭＣｒＡｌＹ耐腐蚀涂层 ,再在该涂层上喷涂不同厚度的热障陶瓷涂层(8%Ｙ2 Ｏ3稳定的ＺｒＯ2 )。高温腐蚀试验在 90 0℃ ,90 %Ｎａ2 ＳＯ4 + 5%ＮａＣｌ+ 5%Ｖ2 Ｏ5的环境中进行 ,以得出涂层直至破坏的寿命。结果证明 ,热障涂层恶化是由于环境中的钒…     

航空发动机叶片表面涂层氧化处理可行性研究

通过分析某型航空发动机涡轮叶片表面涂覆的Al Si Y涂层使用环境和防护要求,针对Al Si Y涂层进行氧化和非氧化的对比试验,以及模拟汗液的常温抗腐蚀性试验,并在模拟试验后对试样叶片进行发动机不同温度段的高温抗氧化性试验,检测高温抗氧化性试验前后试样叶片的失重情况,从理论、试验、实际应用等三个方面进行评估,针对Al Si Y涂层进行氧化处理防护的可行性研究。     

CrON扩散阻挡层对NbCrAl涂层与Nb基高温合金元素互扩散的影响

利用磁控溅射技术在C103型Nb基高温合金上制备了含和不含CrON扩散阻挡层的NbCrAl涂层,对比研究了2种涂层分别经900℃和1000℃真空热处理后的元素扩散行为。结果表明:NbCrAl涂层以Cr₂Nb和AlNb₂相为主,含非晶态组织;真空热处理后生成了NbAl₃和(Nb,Cr)沉淀相。热处理温度由900℃升至1000℃时,NbCrAl涂层中元素扩散速度加快。不含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散至基体的含量分别为2.76wt%和1.21wt%,而含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散到基体的含量分别仅为2.52wt%和0.84wt%。扩散阻挡层保持连续,且与涂层及基体的界面结合良好,经高温处理后主要以密排六方结构的Cr₂O₃和Al₂O₃相为主,有效地抑制了元素互扩散。     

碳化铬／Ni3Al复合材料的高温抗氧化性能

对比研究碳化铬/Ni3Al复合材料和传统高温耐磨材料Stellite 12合金在1000℃时的高温氧化行为.结果表明,Stellite 12合金表面形成以Cr2O3为主的氧化膜,并发生明显剥落;而碳化铬/Ni3Al复合材料表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜,其空气中的氧化速率仅为Stellite 12合金的1/2,碳化铬具有良好的抗氧化稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性.分析认为,碳化铬在堆焊过程中发生溶解导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进α-Al2O3的形成,从而改善复合材料的抗氧化性.而材料表面所形成的氧化膜类型是两种材料抗氧化性差异的主要原因.     

NiCrAlY涂层抗氧化性及氧化过程中的微观结构演变

采用低压等离子喷涂技术在镍基铸造高温合金K438基体上制备NiCrAlY涂层,研究涂层和基体在950℃下恒温氧化100h的氧化动力学规律。采用SEM、EDS和XRD等检测涂层和基体经不同时间氧化后的微观结构演变和元素分布。结果显示:涂层氧化增重缓慢,氧化动力学曲线符合抛物线规律,100h后表面形成一层厚度1.5μm左右致密Al2O3保护膜;基体开始时氧化增重迅速,60h之后发生破坏性氧化,基体开始迅速失重。EDS分析显示:元素在涂层氧化过程中发生缓慢扩散,扩散距离达到90μm,涂层的结构更加致密。     

反应等离子喷涂TiCN涂层显微结构与性能研究

利用反应等离子喷涂制备了TiCN涂层,并采用扫描电镜、X–射线衍射仪和X–射线光谱分析了涂层的显微结构,采用显微硬度计、万能试验机和环–块式摩擦磨损试验机测定了涂层的机械性能和摩擦磨损性能。结果表明:涂层主相为TiC_(0.7)N_(0.3)和TiN,同时存在少量不定性石墨相和CN_x相。由于大气喷涂的氧化,形成少量Ti_2O。涂层为典型热喷涂铺展形貌,涂层与基体具有良好的结合性。TiCN涂层的显微硬度均在1000HV_(0.2)以上,远高于基体和黏结层硬度。由于涂层H~3/E~2大于0.1,具有较强抵抗塑性变形能力和耐磨性。     

FeAlCrBSiNb非晶涂层形成机理和摩擦磨损行为

研发了一种FeAlCrBSiNb粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备相应涂层.通过SEM,TEM和XRD表征涂层微观组织和相成分,阐述FeAlCrBSiNb非晶涂层的形成机理,利用显微硬度计,万能拉伸试验机和环-块式摩擦磨损试验机,分析涂层力学性能和摩擦磨损行为.结果表明:涂层主要由非晶相和弥散分布其中的α-(Fe),(Fe,Cr),CrB和Fe3Al微晶纳米晶相组成,非晶相体积含量大于91.3％;涂层呈层状结构,结构致密,总体孔隙率约为2％;平均显微硬度值为850 HV0.1,是基体45钢的4倍;优良的磨损抗力使其相对耐磨性是45钢的5倍,其磨损机制主要为剥落引起的剥落磨损.     

大气等离子喷涂热障涂层高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在GH4099合金基体上制备了热障涂层,并进行了1050℃恒温氧化试验,综合利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等检测手段,分析了涂层的显微结构及高温氧化行为。结果表明：等离子喷涂（APS）热障涂层在高温氧化过程中,黏结层被氧化生成热生长氧化物（TGO）。但长时间氧化后,在与TGO毗邻的金属黏结层中产生了范围较窄但浓度变化较大的贫Al带,TGO层出现保护性Al2O3向非保护性混合氧化物转变的现象,导致致密Al2O3层的连续性被破坏,TGO厚度快速增加。     

涡轮叶片热障涂层三维成像研究进展

热障涂层是涡轮叶片高温防护关键技术,具有典型的层状结构特征,且热障涂层服役过程中高温氧化产生热生长氧化物结构,迫切需要利用三维成像方法无损探知热障涂层内部结构。由于计算机断层成像技术能提供三维立体图像,准确再现物体内部三维结构,是热障涂层层状结构最佳分析手段之一,在热障涂层喷涂质量评价和高温氧化监测方面具有很好的前景。重点介绍了国内外在热障涂层微米CT成像、同步辐射CT成像、聚焦离子束–扫描电镜(FIB–SEM)三维成像及热应力有限元仿真方面的进展。最后指出了热障涂层无损检测可能的发展方向。     

激光熔覆金属陶瓷涂层连续变温高温氧化行为研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备出不同成分配制的原位自生镍基金属陶瓷复合涂层,涂层表面质量良好。涂层在连续变温条件下高温氧化动力学分析表明,涂层成分不同时,稳定氧化阶段持续时间及剧烈氧化速度均有一定差异。此外,不同成分涂层高温氧化后,氧化层表面形貌、质量及氧化物尺寸、分布均有差别。总体来看,激光熔覆表面处理大大提高了材料表面的高温氧化抗力。     

铌合金MoSi2抗氧化涂层制备及组织性能分析

在铌合金棒试样上喷涂Mo粉高温烧结制得Mo层，然后在添加活化剂的Si粉中扩散渗制得Mo-Si2涂层。微观形貌分析表明涂层均匀致密，通过扩散与基材形成过渡层，结合力较好。抗氧化及抗热震试验验证了MoSi2涂层具有良好的综合性能。长时间氧化试验后涂层表面生成比较纯的玻璃质SiO2层，不仅隔绝氧气，也能填补涂层表面空隙。