表面涂层-高温合金之间的高温过程研究

采用刷涂和烧结的方法制备了高温合金表面的无机涂层，并对基体进行了预氧化处理。应用俄歇能谱仪（AES）、扫描电镜（SEM）研究了预氧化处理和高温长时间退火条件下，涂层和高温合金之间元素的相互作用。结果表明：氧在合金中的分布曲线服从抛物线法则，高温下基体中铬优先氧化，对高温合金基体进行预氧化处理能有效地阻滞高温条件下基体元素铬的贫化。     

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.     

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。     

镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性能研究

为了研究镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性,对该Co-Al涂层在800、900和1000℃下进行200 h高温氧化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等进行高温氧化行为分析。结果表明：合金氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,氧化激活能为78185 kJ/mol,质量增大速度较缓慢,平均氧化速度也较慢;合金表面生成氧化物结构完整、致密,主要以Al₂O₃为主;表面生成连续致密的Al₂O₃保护膜有效地阻止了Al向涂层与空气界面的外扩散和氧向涂层与基体界面的内扩散,在3种温度下Co-Al涂层均表现出优异的抗高温氧化性能。     

热暴露对带热障涂层DD6单晶高温合金组织的影响

采用0.3 MPa压力对DD6单晶高温合金进行水吹砂,然后用电子束物理气相沉积的方法在DD6合金基体上制备了热障涂层,将带热障涂层试样置于1100℃空气气氛中分别进行50 h和100 h热暴露,在1100℃/130 MPa条件下测试持久性能。研究了水吹砂及高温热暴露对带热障涂层DD6合金组织的影响。结果表明：0.3 MPa压力水吹砂制备热障涂层并高温热暴露后没有发现再结晶组织;热暴露过程中,基体和涂层之间的元素会发生不同程度的互扩散;表面残余应力和元素互扩散导致了γ′相粗化方向的变化;性能测试后试样断口附近的涂层与基体界面下方局部区域形成了二次反应区。     

溅射沉积高温合金涂层的抗高温氧化行为

本文介绍了在一种高温合金上以磁控溅射方法沉积制备与基体高温合金成分相同的涂层，并对其抗高温氧化行为进行了研究。研究结果表明，涂层的结构为微晶柱状晶，具有这种结构的高温合金涂层能大幅度提高基体合金的抗高温氧化性能，而且在涂层表面形成的氧化物防护膜具有良好的粘附性。     

NiCrAlYSi涂层/DD6单晶高温合金界面再结晶和互扩散行为

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)在单晶高温合金DD6基体上沉积NiCrAlYSi涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及透射电镜(TEM)等研究了高温扩散过程中NiCrAlYSi/DD6的界面再结晶和互扩散行为.研究结果表明合金表面喷砂处理后的涂层试样经1 323 K真空热处理4 ...     

CrN中间层阻挡元素扩散的能力研究

为了降低涂层和基体间的元素互扩散,采用电弧离子镀技术在NiCrAlY防护涂层和DSM11基体间加入CrN扩散阻挡层。用扫描电镜(SEM)观察了沉积态CrN涂层、退火和氧化态NiCrAlY/DSM11和NiCrAlY/CrN/DSM11的表面和截面形貌;通过能谱(EDS)分析了元素沿防护涂层和扩散阻挡层的截面分布;用X射线衍射仪(XRD)检测了防护涂层和扩散阻挡层的物相结构;用透射电镜(TEM)观察了样品退火和氧化后扩散阻挡层的形貌特征;利用1100℃恒温氧化实验比较了单一NiCrAlY涂层和NiCrAlY/CrN涂层体系的抗氧化能力,结合真空扩散实验分析了高温情况下元素在涂层和基体间的扩散。结果表明:CrN扩散阻挡层能有效地抑制合金元素的互扩散。其原因与高温下CrN→Cr2N→TiN的转变有关;TiN在扩散阻挡层的生成有利于防护涂层抗氧化能力的提高。     

航空发动机涡轮叶片用高温合金微晶涂层

本文介绍了一种适用于航空发动机涡轮叶片的新型涂层──微晶涂层。其特点是涂层成分与基体合金相同，具有比常规渗铝涂层更好的抗恒温氧化和抗循环氧化性能，其上生成的氧化膜具有良好的修复性，微晶涂层具有优良的高温组织稳定性，在涂层与基体合金间不会生成有害脆性相。     

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。     

高温防护金属涂层的发展及活性元素效应

高温防护涂层(一般为金属基)被广泛用于航空发动机和大型地面燃气轮机关键热端部件(例如涡轮叶片)的防护。通过生成一层致密且生长缓慢的氧化膜(Al_2O_3,Cr_2O_3或SiO_2等),这类涂层可以在高温下为基体合金提供可靠防护,以防止基体合金被快速氧化腐蚀侵害。本文回顾了高温防护金属黏结层的发展历程(以铝化物涂层和MCrAlY包覆涂层为例),其改进总是围绕着提高涂层中Al的浓度及合理分布,以及缓和涂层与基体合金的互扩散为目标;重点关注高温防护涂层中添加活性元素(RE)后引入的活性元素效应,包括活性元素被发现的历程、活性元素改性作用机制以及近期研究者在活性元素掺杂方面的工作进展。     

镍铝涂层晶粒细化与金属氧化物掺杂改性研究

包埋渗铝获得的镍铝涂层是一种最早使用的Al_2O_3膜热生长型高温涂层。自20世纪50年代应用于航空发动机热端部构件的高温防护以来,进一步提高其抗高温氧化性能的机理和技术研究延续至今。基于对合金氧化及Al_2O_3膜热生长机制的理解,提出了晶粒细化与特定金属氧化物掺杂可提升镍铝涂层抗氧化性能的观点,介绍了涂层晶粒细化与金属氧化物弥撒掺杂方法,讨论了这些结构和成分改性影响涂层抗高温氧化性能的关键因素:包括Al_2O_3膜生长速度、亚稳态相向稳态相转变、涂层的黏附性以及涂层与合金基体的互扩散。这些新的研究结果有望为进一步挖掘渗铝涂层的应用潜力、延长其服役寿命提供理论和试验基础。     

新型多元铌合金的高温氧化行为

文摘研究了Nb-15Ti-11Al和Nb-15Ti-11Al-10Si两种多元铌合金在1 100和1 300℃高温下的氧化行为,建立了合金高温氧化动力学模型。结果表明:粉末冶金方法制备的铌合金微观组织细小,大大降低了氧的短路扩散;合金中的钛降低了氧在基体中的固溶度并降低了氧的扩散速率;合金中的硅在高温时形成熔融态的SiO2可有效地抑制Nb2O5的生长,从而保证了氧化膜表面均匀平整。     

Fe3Al高温氧化中的内氧化

用热天平、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDX）和X-射线衍射（XRD）研究了Fe3Al在1000℃空气中的氧化行为。发现氧化动力学基本服从抛物线规律,氧化膜由Al2O3和少量Fe2O3组成,并产生穿晶内氧化;根据对氧化膜及基体的分析结果及有序合金扩散热力学特点,提出发生内氧化的主要原因是金属间化合物的有序结构降低了铝的活度和其在合金中的扩散系数,在高温氧化过程中,基体／氧化膜界面严重贫铝,从而发生内氧化。     

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。     

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。     

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。     

新型低密度Nb-Ti合金抗氧化涂层制备及组织性能分析

针对新型低密度Nb-Ti合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Ti系抗氧化涂层研究,重点分析了所制备涂层抗氧化性能和微观组织在氧化前后的变化。结果表明,1 200℃下涂层寿命大于10 h,涂层抗热震性能良好;涂层与基体之间形成一层扩散层,保证了涂层的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面生成一种隔绝氧气填补涂层表面空隙的玻璃质SiO_2层,因而具有良好的抗氧化性能。     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.