电弧离子镀TiC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NiCrAlY涂层与镍基高温合金(DD3合金)之间沉积TiC薄膜作为扩散障层,研究了TiC对NiCrAlY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:TiC有效阻滞DD3基体与涂层之间的元素互扩散,提高了NiCrAlY涂层和DD3合金的抗高温氧化性能。     

单晶高温合金钴铝涂层的高温腐蚀行为研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了钴铝(Co-Al)涂层,研究了900℃下涂层的高温热腐蚀行为。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Co-Al涂层在高温热腐蚀过程中相结构、显微组织和化学成分的演变规律,结果表明:从腐蚀动力学曲线来看,表面涂覆Co-Al涂层的单晶合金的抗高温热腐蚀性能优于无涂层的合金基体;Co层可有效阻挡基体中的Cr元素向外扩散,使涂层表面形成一层连续纯净的Al2O3层,提高了涂层对合金材料的高温热腐蚀抗力;由于Al元素向外扩散,发生Co Al→α-Co相变,直至全部转变成α-Co相,涂层抗热腐蚀退化行为结束。     

K4104镍基高温合金Al-Si涂层高温氧化过程中的元素扩散分析

采用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备Al-Si涂层。依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》标准,采用静态增重法对有涂层试样和无涂层试样进行了1000℃×200h抗高温氧化性能试验,并绘制了氧化动力学曲线。用带能谱扫描电镜对氧化膜的表面形貌和截面组织进行分析,研究有无涂层试样在高温氧化过程中的元素扩散。结果表明:Al-Si涂层和基体合金之间在高温氧化过程中的互扩散形成了厚度为120~140um的渗层。随着氧化时间的延长,外层铝含量逐渐降低,但仍能保持稳定的β-NiAl相。Si在扩散作用下形成内高外低的分布形式,形成的Cr3Si和富Si的M6C相有利于阻止涂层和基体元素之间的互扩散,降低化合物层的形成速度,体现了Al-Si涂层良好的抗高温氧化能力。     

高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响

采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ′相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。     

粘结层中Co与Ni元素含量对热障涂层组织及寿命的影响

高温服役过程中热障涂层的MCrAlY粘结层形成致密的氧化铝层,从而提高了涂层和基体的抗氧化性能。利用等离子喷涂制备的热障涂层,其粘结层中的Co与Ni的含量和界面微观结构是影响氧化的重要因素。通过在Ni基高温合金基体上利用低压等离子喷涂(LPPS)分别制备粘结层为CoNiCrAlY和NiCoCrAlY的热障涂层进行高温循环氧化实验,比较研究了这两种热障涂层在1 050℃下的循环氧化寿命和失效特征。研究表明粘结层表面形貌对氧化物的生长具有重要影响,其中CoNiCrAlY粘结层更易在TGO层中形成尖晶石氧化物,最终无法形成连续的Al_2O_3层,导致涂层失效,而NiCoCrAlY粘结层表现出不同的失效方式。同时,粘结层和基体中Ni、Co等元素在氧化过程中存在强烈的互扩散,Co与Ni含量对两种涂层BC/基体界面处宏观空洞的生长产生了不同影响。     

扩散处理对低温粉末渗铝涂层组织及硬度的影响研究

采用粉末包埋渗铝方法在K418B镍基高温合金表面制备了铝化物涂层，并在真空条件下对其进行了1080℃/4h扩散处理，采用扫描电子显微镜、能谱仪、电子探针、X射线衍射仪和维氏硬度计等分析了扩散处理前后试样的横截面显微形貌、涂层成分、主要元素分布、相结构及硬度。结果表明：扩散处理有利于涂层中元素的互扩散；扩散处理后，涂层厚度由扩散处理前的53.37μm增长至95.14μm，涂层主要相组成由ε-Al₃Ni相转变为β-NiAl相，涂层硬度从450HV_0.01降低至350HV_0.01；扩散处理使涂层与基体合金之间形成一层紧密结合的互扩散区，增强了涂层结构稳定性。     

铌合金表面渗镀复合涂层及其抗氧化研究

利用包埋渗结合化学镀技术在铌合金表面制备了复合涂层,研究了涂层在退火过程中的元素扩散行为及涂层的高温抗氧化性能。结果表明:复合涂层以晶态Ni和Al_3Nb相为主;退火过程中渗层中的Al元素向外扩散,涂层转变为晶态,形成了Ni Al_3、Al_3Nb、Ni Al相。对退火前后的涂层进行1000℃恒温氧化实验,20 h后沉积态涂层的增重为7.7 mg/cm~2,表面主要含Ni O、Al_2O_3、Ni Al相;退火态涂层样品的增重为4.9 mg/cm~2,表面生成了Al_2O_3、NiNb_2O_6、NiAl_2O_4等相。氧化后涂层与基体结合良好。退火态涂层表面由于富Al元素,氧化后形成较多的Al_2O_3,比沉积态的涂层能更有效地减缓氧化进程,提高铌合金的抗氧化性。     

铬(Cr)添加量对真空粉末熔覆镍铬-碳化铬(NiCr-Cr_3C_2)复合涂层微观组织的影响

采用高温真空粉末熔覆工艺在镍基高温合金表面制备了Cr改善的Ni Cr-Cr_3C_2复合涂层,涂层与基体形成冶金结合。通过添加不同含量(0%,10%,20%,30%(质量分数))的Cr粉末,研究了Cr含量对涂层微观组织,相组成及界面扩散的影响。结果表明,Cr的添加促进了涂层中硅(Si)元素的消耗并形成Cr3Si,同时抑制了界面处脆性相Ni3Si的产生。随着Cr添加量的增多,二次反应区厚度及界面处的Ni3Si含量均相应减少。     

镍基单晶高温合金扩散阻挡层的研究进展

综述了镍基单晶高温合金扩散阻挡层的国内外研究进展。简要介绍了高温防护涂层/镍基单晶高温合金基体元素的互扩散现象,说明了扩散阻挡层的作用机理,阐述了扩散阻挡层的设计原则和要求,通过对比分析了各类扩散阻挡层的优缺点。最后对镍基单晶高温合金用扩散阻挡层的研究做出了展望。     

NiCrAlYSi涂层与镍基高温合金基体互扩散行为研究

采用电弧离子镀方法在镍基高温合金DZ125上沉积NiCrAlYSi涂层,通过对不同氧化时间后Al和Cr原子浓度分布曲线的分析,运用Boltzmann-matano方法,计算了Al和Cr元素在1373K分别加热0.5,2h和5h的互扩散系数,并拟合了这三个时间段的计算结果.结果表明:相同温度下,Al和Cr的互扩散系数分别随Al和Cr的原子浓度增加而增大.随氧化时间的延长,Al的互扩散系数随原子浓度的变化先增大然后基本不变,Cr的互扩散系数则逐渐减小;伴随着元素间互扩散行为的增强,涂层中的Al和Cr向基体扩散,基体合金元素Ni,Co,Mo,Ti和W则向涂层扩散,但涂层中Mo和Ti的含量相对较少.由于元素间互扩散行为,涂层中各元素的含量将趋向于更加均匀.     

CVD法Pt改性铝化物涂层的制备及其热腐蚀行为研究

在镍基高温合金Inconel 718表面采用电镀的方法沉积不同厚度的Pt镀层,然后采用化学气相沉积(CVD,chemical vapor deposition)的方法,分别制备了单一铝化物涂层、β-(Ni,Pt) Al涂层和PtAl2+β-(Ni,Pt) Al双相涂层,其中单一铝化物涂层和β-(Ni,Pt) Al涂层为双层结构,外层为β相,内层为互扩散区; PtAl2+β-(Ni,Pt) Al双相涂层为3层结构,外层由β相和弥散分布的PtAl2组成,中间层为β相,内层为互扩散区。对3种涂层在900℃下95%Na2SO4+5%NaCl混合盐(质量分数)中进行热腐蚀试验,结果表明,Pt镀层为6μm的β-(Ni,Pt) Al涂层表现出较好的抗热腐蚀性能,而Pt镀层增加到12μm的PtAl2+β-(Ni,Pt) Al双相涂层的抗热腐蚀性能有所下降,主要原因是其表面皱曲程度较大引起的氧化膜剥落。Pt的加入增强了表面保护性氧化膜的黏附性,且提高了氧化膜的致密度。所制备的Pt-Al涂层对基体合金可以进行有效地防护,具有广阔的工程化应用前景。     

单晶合金(NiCoCrAlYHf+AlYSi)复合涂层抗氧化性能研究

本文采用真空电弧镀技术(AIP)在DD9单晶高温合金基体上沉积60μm~80μm复合涂层(NiCoCrAlYHf+AlYSi),分析了复合涂层的组织及结构。对于沉积复合涂层的试样进行了1150℃循环抗氧化实验,来评价其抗氧化性能,通过扫描电镜(SEM)分析氧化前后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构,通过氧化速率对涂层抗氧化性能进行表征。试验结果表明:复合涂层明显改善了合金的抗高温氧化性能;1150℃循环氧化条件下,复合涂层寿命大于4200h。     

涂层前处理对单晶合金再结晶及元素扩散行为的影响

采用喷砂工艺对单晶高温合金进行了表面前处理,借助真空电弧镀技术在合金基体上制备了NiCoCrAlYHf涂层,研究了热暴露过程涂层前处理对单晶合金再结晶及元素扩散行为的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了有、无涂层两种状态下的试样显微组织和元素扩散行为,以及其与再结晶现象的作用机制。试验结果表明:随着喷砂强度的增强,合金基体和涂层试样的再结晶尺寸逐渐增大,当喷砂强度为0.2MPa时,涂覆涂层的合金基体无胞状再结晶。但是随着喷砂强度由0.3MPa增加到0.7MPa时,沉积涂层后对单晶合金的再结晶抑制作用有所减弱。经1100℃/250h热暴露测试后,在涂层/基体的界面处未观察到再结晶现象,同时,界面处也未检测到明显的某个元素浓度波动起伏,界面处的元素含量分布趋于平缓。     

Ta-10W/Ti的高温界面反应研究

采用多弧离子镀技术在金属钛表面成功制备出连续致密且厚度均匀的α-Ta相Ta-10W涂层。在900℃下分别对涂层进行高温氧化和真空扩散处理,通过XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的抗氧化性能及元素扩散行为进行研究。结果表明:在高温氧化过程中,存在氧化和扩散双重作用,涂层与基体间发生相互扩散且涂层表面形成氧化膜,致使涂层脆化,但涂层/基体界面处氧化不明显,说明Ta-10W涂层对基体起到了有效的抗氧化作用;在真空扩散过程中,Ta向基体中扩散较为剧烈且沿着逐渐趋直的α-Ti晶界进行扩散。     

合金元素在MCrAlY涂层中的行为

采用电弧离子镀在新型r-Ni3Al基高温合金IC－6上沉积Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Al-Y涂层,研究了元素对MCrALY涂层性能及元素行为的影响,结果表明,在沉积过程中,合金中的Al和Mo元素抑制了Cr从涂层向基体扩散,使涂层中的Cr维持在较高浓度,真空扩散处理时,涂层和基体之间发生互扩散,使涂层－基体元素浓度呈梯度分布,减小了涂层和基体热膨胀系数的差别,同时涂层的相结构也发生变化,r-Ni3Al和r-Ni仍是涂层的主要相,但是由于Cr原子的取代作用致使晶格常数a0发生变化,等温氧化实验表明,Ni-Cr-Al-Y和Ni-Co-Cr-Y涂层氧化规律遵循抛物线规律,900℃静态空气等温氧化时,Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co对其抗氧化性能的影响不大,1000℃静态空气等温氧化时,Ni-Cr-Al-Y涂层中加入Co后,降低了其抗氧化性。     

抑制镍基/热障涂层粘结层元素互扩散的研究进展

航空发动机Ni基高温合金涡扇叶片在高温环境服役时,镍基合金基体将与热障涂层粘结层发生元素互扩散.系统论述了元素互扩散行为对镍基合金基体和热障涂层显微结构及性能的影响,分析了添加扩散障和改性粘结层的阻扩散机制,介绍了2种阻扩散方法的研究进展,总结了其优势及存在的问题,指出了元素阻扩散方法的研究发展方向.     

MoNbTaTiW难熔高熵合金表面硅化物涂层的制备与抗氧化机理

解决难熔高熵合金在高温下的抗氧化问题是其应用于工程的前提,在难熔金属表面制备抗氧化涂层是提高其抗氧化性能的有效途径。采用料浆熔烧法在MoNbTaTiW难熔高熵合金表面制备复杂硅化物抗氧化涂层（Si-20Cr-20Fe）,利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等研究原始硅化物涂层及其在1 300℃氧化后的显微结构、物相和成分,探讨Si, Fe, Cr在涂层中的扩散规律和涂层的抗氧化机理。结果显示：熔烧后的原始硅化物涂层由金属与硅反应生成的二硅化物、5/3硅化物和三元硅化物Cr₄Nb₂Si₅组成,硅化物涂层与基体之间形成了良好的扩散反应界面。1 300℃氧化后,Si, Fe, Cr 3种元素向基体扩散,扩散反应界面向基体方向移动,涂层厚度增加,扩散反应界面的结构与成分与原始复杂硅化物涂层的无显著差别。氧化后涂层表面形成了由CrNbO₄,SiO₂,WO₃和Fe₂SiO₄组成的无裂纹致密氧化物层,...     

0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

钼网表面MoSi2涂层的制备及其1500℃高温氧化性能

钼网被广泛用作高温催化剂载体,但关于其高温防护涂层的制备及失效机制却鲜有报道.用包埋渗硅方法在钼网表面制备了MoSi2高温抗氧化涂层,并在静态大气环境中开展了1500℃恒温氧化试验.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等对氧化前后涂层的微观形貌和组织结构进行了表征.结果表明:1500℃氧化2h,MoSi2涂层中的Si元素会发生选择性氧化,在涂层表面形成一层连续的、具有“自愈合”功能的熔融态SiO2保护膜,阻挡氧向基体一侧的扩散,展现出了良好的高温抗氧化性能;高温条件下,涂层中的Si元素会和钼基体发生界面扩散反应生成抗氧化性能差的Mo5Si3,同时MoSi2不断地和氧发生反应生成Mo5Si3和SiO2,当涂层中的MoSi2完全转化为Mo5Si3,涂层将快速氧化失效.     

单晶高温合金铬改性铝化物涂层的高温氧化行为研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了铬改性铝化物(Cr-Al)涂层,研究了1050℃下该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Cr-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律,结果表明:经1050℃氧化300 h后,该涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Cr-Al涂层的涂覆提高了基体合金的抗高温氧化性能;高温氧化200 h内涂层保持良好的表面形貌,而经过300 h氧化后涂层出现了严重的氧化膜剥落现象;揭示了在高温氧化条件下Cr-Al涂层退化的相变过程,涂层区相结构转变过程为β-NiAl相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次);扩散区相结构转变过程为β-NiAl相+析出相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相(主)+β-NiAl相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相+析出相。