一种镍基合金在900和1000℃的高温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法,研究了Cr5.0 Co8.0 Mo0.9W5.5 Ta7.4 Al6.0 Re4.2合金在900和1 000℃的氧化行为。结果表明,氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征。在900℃氧化300 h后合金表面氧化物膜分为3层,外层为Ni O、Ni2Cr2O4、Ni2Co O4和Cr Ta O4;中间层为平直的Al2O3层,内氧化层为Al2O3,氧化期间,分布在外层的Cr Ta O4抑制基体中Al向外扩散,并抑制氧化膜的生长,使氧化速度降低。1 000℃时合金表面的氧化物膜分为2层,外层为Ni O、Ni2Cr2O4、Ni2Co O4和Cr Ta O4;内氧化层为Al2O3。在900和1 000℃氧化期间,合金均发生元素Al的内氧化和内氮化,与外氧化膜相邻的区域为元素Al的内氧化区,远离外氧化膜的基体内部形成元素Al的内氮化区,随氧化温度升高,内氧化区和内氮化区的深度增加,内氧化物和内氮化物的尺寸增大。     

Ni-Cr-Co-Mo-W-Ta-Al合金在900℃和1000℃的高温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDAX)等方法,研究了Ni-4.66Cr-5.87Co-7.54Mo-2.90W-4.97Ta-6.32Al合金在900℃和1000℃的高温氧化行为。结果表明,合金氧化动力学曲线遵循氧化初期氧化增重速率较快,氧化期间氧化动力学曲线呈波浪式变化,且呈现氧化温度越高波浪式越明显的特征;氧化300h后合金表面氧化物膜分为2层,外层氧化物为NiO、Ni_2Cr_2O_4、Ni_2CoO_4和CoTa_2O_6,分布在外层的CoTa_2O_6抑制基体中元素Al向外扩散,形成内层氧化物Al_2O_3。在氧化期间,合金内部生成了内氮化物AlN,且在合金内部AlN与Al_2O_3成规律性分布,与外氧化膜相邻的为元素Al的内氧化物Al_2O_3区域,远离外氧化膜的基体内部为元素Al的内氮化物AlN区域,随氧化温度升高,内氧化区和内氮化区的深度增加,内氧化物和内氮化物的尺寸增大。     

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。     

PS45/CuAl8伪合金复合涂层高温循环氧化行为

采用超音速活性电弧喷涂技术在Q235钢基体表面制备PS45/CuAl8伪合金复合涂层,将该涂层在600℃和800℃进行循环氧化,采用XRD、SEM和精密天不等手段对涂层的显微结构进行表征,研究了涂层的循环氧化性能。结果表明:PS45/CuAl8伪合金复合涂层主要由Al_2O_3、Cr_2O_3、α-Cu和γ-Ni固溶体组成,组织致密,颗粒成扁平状且扁平化程度高、分布均匀。经高温循环氧化后在涂层表面形成了一层致密的Al_2O_3+Cr_2O_3+Ni(Al,Cr)_2O_4薄膜,避免了Al_2O_3薄膜的剥落,从而降低了涂层氧化速率,提高了基体的抗高温循环氧化性能。     

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。     

铼对镍基单晶高温合金恒温氧化行为的影响

采用不连续增重法研究了Re对一种镍基单晶高温合金1000℃恒温氧化行为的影响,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对样品的组织进行了观察。结果表明,两种合金生成的氧化膜成分相似,都生成了以含Cr、Ti氧化物为主的外氧化层、Al_2O_3内氧化层以及含有TiN的内氮化层。但二者氧化速率及氧化层结构存在较大差异,含Re合金的氧化速率较慢,Al_2O_3层较完整且TiN数量较少。Re的作用机理在于它提高了合金中Cr的活度,增大氧化膜中Cr_2O_3的含量,加快Al的选择性氧化,促进合金氧化膜内部连续Al_2O_3层的形成,抑制合金内部氮化物的生成,提高长期氧化下氧化膜的稳定性。     

电弧离子镀制备NiCrAlY涂层及其抗高温氧化性能

为提高高温合金材料抗高温氧化性能,利用真空阴极电弧离子镀在DZ22B高温合金上沉积Ni Cr Al Y涂层,研究涂层的抗高温氧化性能。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,化学容量法测试膜层成分,X射线衍射仪分析涂层的物相组成,万能试验机检测涂层结合力。结果表明:所制备的Ni Cr Al Y涂层厚度约50μm,涂层致密且与基体结合良好;涂层成份除Al元素有所损失外基本与靶材一致。Ni Cr Al Y涂层主要相为γ′-Ni3Al/γ-Ni,同时含有少量的β-Ni Al相。在1050℃高温下,Ni Cr Al Y涂层表面形成致密的氧化铝层有助于减缓氧化速度,对基材起到良好的保护作用;涂层失效的主要方式是随着氧化的进展,氧化层产生裂纹并剥落,新的表面被氧化,剥落和被氧化往复进行,直至涂层失效。     

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。     

一种新型钴基高温合金在900℃熔融NaCl中的热腐蚀行为

采用浸盐法研究一种新型钴基高温合金在900℃熔融NaCl中的热腐蚀行为。结果表明:腐蚀初期合金发生选择性氧化,在表面生成Al_2O_3,Cr_2O_3和少量的TiO_2。随着腐蚀时间的延长,熔融NaCl开始侵蚀表面保护性Cr_2O_3和Al_2O_3,使腐蚀性介质与基体逐渐接触,加速合金腐蚀。随着腐蚀的进行,合金内腐蚀层生成棒状Al_2O_3。由于基体中Al的消耗,棒状Al_2O_3周围易生成Co3W。Co3W与棒状Al_2O_3的相界面形成氧扩散的快速通道,导致80h后合金热腐蚀加剧。     

磁控溅射和添加镱对Co—30Cr—7Al合金高温氧化性能的影响

阐明了CoCrAl合金高温氧化性能差的根源在于氧化过程中,除了金属离子M~+(主要是Cr~3和Co~(2+))通过氧化皮向外扩散外,还有O~(2-)和N~(3-)通过氧化皮向合基体扩散,发生内氧化和内氮化,生成α—Al_2O_3和AlN,使Al的来源衰竭,在表面不能生成完整的α-Al_2O_3保护膜的缘故。添加Y改变了氧化皮的生长机制,磁控溅射使涂层合金微晶化,均在外表面生成完整的具保护性的α—Al_2O_3氧化皮,是改善CoCrAl合金高温氧化性能的主要原因。     

TGO对热障涂层失效的作用分析

热生长氧化物(TGO)的形成与长大是热障涂层失效的根本原因。先在IC10高温合金基体上超音速火焰喷涂(HVOF)NiCoCrAlTaY粘结层(BC层),再等离子喷涂二元稀土氧化物稳定氧化锆Sc2O3-Y2O3-ZrO2,喷涂样在1 100℃恒温氧化,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪对断面形貌、成分进行分析,讨论了TGO的形成机理及其与热障涂层失效的关系。结果表明:随着恒温氧化时间增加,TGO层底部的Al含量下降,上部、中间弥散颗粒及底部的Ni含量均增加,上部、中间弥散颗粒中Cr含量均减少;喷涂样氧化140 h后,TGO层由靠近陶瓷层的富(Cr,Al)2O3层、弥散其间的富Ni颗粒和靠近BC层的Al2O3层组成;TGO的生长速度先由Al与O2化学反应速度决定,接着受BC层金属元素扩散速度影响,最后由化学反应速度和扩散速度共同控制;减少TGO中的有害氧化物含量以降低涂层内的应力,可有效提高涂层的使用寿命。     

离子镀Ni-Cr合金膜300℃的氧化

采用 LAS 3000表面分析系统研究了离子镀 Ni-Cr 合金膜300℃的氧化行为。结果表明,Fe,Cr,Al,被氧化,形成 Cr_2O_3,Fe_2O_3和 Al_2O_3等氧化物,Ni 基本上未被氧化。对于不同的氧化时间,氧化层成分的变化规律基本一致,氧化过程遵从对数规律。形成的氧化膜薄且致密,氧化速度缓慢,有较好的抗氧化性。     

溅射Ni_3Al微晶涂层的抗氧化性能

研究了铸态 Ni_3Al 合金及其微晶溅射涂层在1000—1100℃下等温氧化性能及1000℃下的循环氧化性能。结果表明:铸态 Ni_3Al 合金在氧化过程中形成 Al_2O_3,NiO 和 NiAl_2O_4 的复杂氧化膜;微晶 Ni_3Al涂层在氧化过程中形成α—Al_2O_3和 NiAl_2O_4尖晶石,不含 NiO,这种氧化膜的保护作用比含 NiO 的氧化膜的保护作用好,使得其氧化增重比铸态合金小约1半。此外铸态 Ni_3Al 合金在氧化过程中沿粗大晶界发生严重的内氧化,且表面氧化膜较脆易发生剥落;微晶 Ni_3Al 涂层可以消除沿晶界的内氧化,氧化膜与基体粘附良好,未发现剥落现象。微晶化大大提高了 Ni_3Al 合金的抗氧化性能。     

THE OXIDATION OF ION PLATED Ni-Cr ALLOY FILM AT 300℃

采用LAS 3000表面分析系统研究了离子镀Ni-Cr 合金膜300℃的氧化行为。结果表明,Fe,Cr,Al,被氧化,形成Cr_2O_3,Fe_2O_3和Al_2O_3等氧化物,Ni 基本上未被氧化。对于不同的氧化时间,氧化层成分的变化规律基本一致,氧化过程遵从对数规律。形成的氧化膜薄且致密,氧化速度缓慢,有较好的抗氧化性。     

EB—PVD制备微晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金薄板800℃氧化行为研究

对EB—PVD制备微晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金薄板在800℃空气中氧化行为进行研究，采用SEM对氧化试样的表面和截面形貌进行研究，小角XRD和EDAX对其相和成分分布进行分析。氧化物主要由NiO，Ni（Al，Cr）2O4和Cr2O3组成，在长时间氧化后在氧化物和基体界面出现Al2O3内氧化层；细晶Ni-11．5Cr-4．5Co-0．5Al合金氧化动力学符合立方规律而非抛物线规律；与粗晶材料相比，细晶材料氧化产物晶粒细小，其高密度的晶界成为短路扩散的途径。     

燃煤电厂锅炉防护用新型高铬镍基合金涂层抗氧化、硫化及热腐蚀性能和机理研究

在锅炉防护用涂层材料的研制及其抗高温腐蚀性能和机理的研究方面作了一些探索性的工作。在国内首次设计并研制成功铬含量在40wt％以上的新型高铬镍基合金,并将其制备成可供电弧喷涂用的丝材。 采用电弧喷涂技术制备出新型高铬镍基合金涂层。对其抗高温氧化、抗H_2S、SO_2腐蚀以及抗热腐蚀的性能和机理进行了系统研究,得到如下结论:(1)在大气环境下,较高的Cr含量使涂层发生了选择氧化,在表面形成了连续的Cr_2O_3氧化膜,它对元素的扩散可起到有效的抑制作用。(2)在SO_2/O_2(1:4)气氛下,涂层表现出优秀的抗硫氧化物腐蚀性能。发现Cr在涂层中所起的作用为:①形成Cr_2O_3保护层以抑制元素的扩散;②捕获Ni_3S_2中的S,从而减少了低熔点共晶体Ni-Ni_3S_2的出现。(3)在H_2S(10％)气氛下,涂层表现出优异的抗硫化腐蚀性能。发现Cr元素对镍基合金抗高温硫化性能的提高是通过在腐蚀产物内层形成富铬区(Cr以硫化物的形式存在)来实现的,该富铬层的存在应能起到抑制涂层未腐蚀部分金属元素向外扩散和腐蚀介质向内侵入的作用。(4)在Na_2SO_4/K_2SO_4(7:3)盐膜作用下,涂层表现出优异的抗热腐蚀性能。较高的Cr含量使得该高铬镍基合金涂层位于表面Ni的硫化物下面的部分发生了选择氧化,形成了连续的Cr_2O_3氧化膜,从而有效地     

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.     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。     

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。     

电弧离子镀NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层抗高温氧化性能

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金DZ22B表面包覆一层NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层,对比了两种涂层的微观形貌、结构和抗高温氧化性能,并讨论了不同活性元素在氧化中的作用。结果表明:NiCrAlY涂层主要由γ′-Ni3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相组成,而NiCoCrAlYHfSi除上述组成外还形成了NiCoCr合金相,两种涂层热处理期间均发生β-NiAl向γ′-Ni_3Al的转变过程。NiCrAlY和NiCoCrAlYHfSi涂层1 050℃恒温氧化200h的平均氧化速率分别为0.072 3g/(m~2·h)和0.052 7g/(m~2·h)。NiCrAlY氧化初期直接形成α-Al_2O_3、NiCr_2O_4和Cr_2O_3,随后出现裂纹、孔洞等缺陷,氧化物沿孔洞向涂层内部延伸,同时由于基材中的Ti元素发生外扩散,涂层中还形成了TiO_2。NiCoCrAlYHfSi氧化初期形成了亚稳态的θ-Al_2O_3,随后慢慢转变为α-Al_2O_3,氧化物层比NiCrAlY均匀致密,抗高温氧化性能更优异。