NiAl微晶涂层对两种NiAl基共晶合金高温氧化性能的影响

研究了磁控溅NiAl微晶涂层对NiAl－28Cr-5Mo-1Hf和NiAl－33.5Cr-0.5Zr两种共晶合金在1000－1150℃静态空气中氧化性能的影响，添加Cr,Mo,Hf,Zr等元素使NiAl合金由单相转变为多相结构，高温氧化后表面分别形成抗氧化性能较差的Al2O3 CrO3 HfO2和Al2O3 Cr2O3 ZrO2复合氧化膜，并且发生严重的内氧化。施加NiAl微晶涂层后，高温下表面形成致密的单一氧化物Al2O3，抗氧化性能得到明显提高。     

NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂层恒温氧化行为

采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金基体上制备了NiCoCrAlYSiB涂层和(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层,对比研究了2种涂层退火态的组织结构和在1000,1100和1150℃下的恒温氧化行为.结果表明:退火处理后,NiCoCrAlYSiB涂层是由γ/γ相和弥散其中的点状β-NiAl相构成;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层分为两层,外层以β-NiAl相为主,含有少量的Cr3Si相、内层和NiCoCrAlYSiB涂层的结构相似.NiCoCrAlYSiB涂层在1000℃下有良好的抗氧化性能,在1100和1150℃下因表面生成保护性较差的尖晶石相而快速退化;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层在1000—1150℃下均表现出良好的抗高温氧化性能,1100℃度下氧化300 h后仍有大量的β-NiAl相存在,1150℃下氧化300 h后涂层中Al含量仍在8%(质量分数)以上,少量的β-NiAl相和过饱和的γ/γ相可维持表面Al_2O_3膜的形成和修复.     

溅射NiCrAlY涂层氧化过程Al2O3膜结构与形貌的转变

对溅射NiCrAlY涂层进行了900℃，1000℃，1100℃空 气中高温氧化。实验表明，氧化初期生成快速长大的亚稳态θ-Al2O3相，随着氧化时间 延长，θ-Al2O3逐渐转变成α-Al2O3，氧化动力学抛物线常数kp也随之下降 。θ→α-Al2O3相变速度与温度有关，温度越高，相变越快。对涂层进行真空热处理可 促进θ→α-Al2O3转变，使涂层表面快速形成保护性能优异的α-Al2O3。     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的氧化动力学

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层在900、1000和1100℃下恒温氧化200h的氧化动力学规律。通过表面XRD和SEM分析,初步探讨了氧化动力学规律与氧化产物的关系。结果表明：900℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合对数规律,氧化产物主要为θ-Al2O3相;1000℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合抛物线规律,氧化产物主要是θ-Al2O3和α-Al2O3相的混合物;1100℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化符合立方规律,氧化产物主要是α-Al2O3相。根据实验结果经计算得到NiCoCrAlYTa涂层氧化过程中θ-Al2O3的形成激活能为151．78kJ／mol,α—Al2O3的形成激活能为270．25kJ／mol。     

低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa涂层的氧化动力学

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备NiCoCrAIYTa涂层,研究涂层在900、1 000和1100℃下恒温氧化200 h的氧化动力学规律.通过表面XRD和SEM分析,初步探讨了氧化动力学规律与氧化产物的关系.结果表明:900℃时NiCoCrAIYTa涂层的氧化曲线符合对数规律,氧化产物主要为θ-Al2O3相;1 000℃时NiCoCrAIYTa涂层的氧化曲线符合抛物线规律,氧化产物主要是θ-Al23和а-Al2O3相的混合物;1 100℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化符合立方规律,氧化产物主要是а-Al2O3相.根据实验结果经计算得到NiCoCrAIYTa涂层氧化过程中θ-Al2O3的形成激活能为15I.78 kJ/mol,а-Al2O3的形成激活能为270.25 kJ/mol.     

Pd-Ni-Al涂层的高温短期氧化行为

在M38镍基高温合金上电镀Pd-20 mass%Ni合金，采用低压固体粉末包埋渗铝方法制备钯改性铝化物涂层，XRD分析表明，涂层主要由β-(Ni,Pd)Al相组成.利用TGA、SEM等方法，研究了涂层在800℃、900℃和1100℃的高温氧化行为表明，β-(Ni,Pd)Al涂层恒温氧化动力学遵循抛物线规律；1000℃氧化动力学则不遵循抛物线规律.在800℃和900℃下，β-(Ni,Pd)Al 涂层表面氧化产物包括α-Al2O3、θ-Al2O3和少量的γ-Al2O3；在1000℃下，涂层表面存在α-Al2O3和θ-Al2O3两种氧化物；在1100℃下，涂层表面氧化产物主要是α-Al2O3.此外，在各温度下涂层表面的氧化产物中都含有少量的TiO2，随着温度升高，其含量增加.     

溅射NiCrAlY渗Al涂层的高温氧化行为

用SEM、XRD和EPMA等手段,研究了溅射NiCrAlY涂层渗Al前后在1000℃和1100℃的高温氧化行为.结果表明,溅射涂层在1000℃形成了单相的α-Al2O3,具有优异的抗氧化性能;但在1100℃由于Al的过度消耗而失去保护作用.渗Al涂层在1000℃快速增长θ-Al2O3相,使其抗氧化性能稍逊于溅射涂层;在1100℃表面形成了以α-Al2O3为主的保护膜,抗氧化性能优于溅射涂层.     

NiCrAlY涂层对Ni基高温合金K17抗氧化性能的影响

采用电弧离子镀技术在铸造Ni基高温合金K17上沉积NiCrA1Y涂层，测定了K17合金和NiCrAlY涂层在900℃-1100℃的氧化动力学曲线。实验结果表明：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，涂层的保护作用不如900℃和1000℃，900℃氧化时，NiCrAlY涂层氧化膜由α-Al2O3和Cr2O3的组成；1000℃氧化时，氧化初期，NiO,Cr2O3和Al2O3 3种氧化物同时生成。随着氧化的进行，不仅氧化膜增厚，而且发生较复杂的反应，氧化膜的相组成发生变化。随着氧化温度升高，涂层和基体之间元素扩散加剧，Ti从基体扩散到涂层表面形成氧化物是导致涂层抗氧化降低的原因。氧化膜从涂层上剥落下来，也导致了涂层抗氧化能力降低。     

K4104合金渗Al-Si涂层抗高温氧化性能研究

采用无机盐料浆法,在K4104镍基高温合金表面制备Al-Si涂层通过改变粘结剂中CrO3的含量得到两种不同成分的Al-Si涂层.依据HB5258-2000标准,对制备了Al-Si涂层的K4104镍基高温合金进行了高温氧化性能试验.绘制了氧化动力学曲线,用带能谱分析的扫描电镜观察了涂层的表面氧化形貌和横截面组织形貌.结果表明,K4104镍基高温合金表面的Al-Si涂层在高温氧化过程中已转变成完整致密的α-Al2O3氧化层和β-NiAl相化合物层,且与基体合金的粘附性良好,说明Al-Si涂层具有优良的抗高温氧化性能.     

Microstructure and oxidation behaviour of an AlSiY/NiCrAlYSi composite coating at 1150 °C

A composite coating consisting of an outer AlSiY layer and an inner NiCrAlYSi layer has been prepared by a two-step arc ion plating method. The isothermal and cyclic oxidation behaviour of the composite coating at 1150 °C, including the growth of oxide scale and the microstructure transformation of the coatings, have been investigated comparing with the reference coating, NiCrAlYSi. The results show enhanced oxidation performance of the composite coating, which is concerned with its abundant possession of β-NiAl phase reservoirs, providing it the long term healing capacity of re-growing the α-Al₂O₃ scale.     

铂改性铝化物涂层的热生长层内应力研究

研究了镍基高温合金热障涂层系统中铂改性铝化物粘结层在空气中非连续高温氧化生成的Al2O3层内应力状态及相应的粘结层微观结构。利用Raman光激发荧光谱技术,发现铂铝粘结层在900℃氧化初期生成了θ-和α-Al2O3,而在1100℃氧化时,表面则形成连续致密的α-Al2O3层。通过α-Al2O3的光激发荧光谱偏移量,计算得到了热障涂层中热生长层的内压应力略高于3.0GPa。铂改性铝化物涂层表面Al2O3"背脊"处的内应力相对较低,同时由于没有陶瓷层的压制,生成的Al2O3起伏较大,并发生局部的Al2O3脱落。随氧化时间延长,由于Al元素沿晶界扩散较快,导致更多的γ′-Ni3Al在粘结层晶界处形成,粘结层中基本相β-NiAl向γ′-Ni3Al转变,改变了粘结层本身的热膨胀系数,引起热生长层中内应力变化。     

EFFECT OF VACUUM HEAT TREATMENT ON OXIDATION BEHAVIOR OF SPUTTERED NiCrA1Y COATING

A bond coat for thermal barrier coating (TBC), NiCrAlY coating, is subjected to vac-uum heat treatment in order to remove internal stress before ceramic top coat is de-posited. The effect of vacuum heat treatment on the oxidation behavior of the sputteredNiCrAlY coating has been investigated. The as-sputtered NiCrAlY coating consists ofγ-Ni and β-NiAl phases. After vacuum heat treatment, the sputtered NiCrAlY coatingmainly consists of γ-Ni3Al, β-NiAl, γ-Ni, and trace of α-Al2O3 phases. The isother-mal oxidation of sputtered NiCrAlY coating with and without vacuum heat treatmenthas been performed at 1000C. It is shown that α-Al2O3 formed during vacuum heattreatment acts as nuclei for the formation of α-Al2O3, and the protective α-Al2O3scale is formed more rapidly on the vacuum heat treated NiCrAlY coating than thatformed on the untreated coating. Also the α-Al2O3 scale has a better adherence to thevacuum heat treated NiCrAlY coating. Therefore the vacuum heat treatment improvesthe oxidation resistance of sputtered NiCrAlY coating.     

Improvement in the Oxidation Resistance of Tungsten by Sol-Gel Derived Al2O3 Coating

An Al2O3 coating was prepared from aluminum isopropoxide as precursor on tungsten substrate.The dependences of crystalline and phase in Al2O3 coating on temperature were studied.The results show the coatings being compact,uniform and crack-free can be obtained by suitable experiment.The main phase of coating is α-Al2O3.Compared to the uncoated specimens,the ones with coatings synthesized by sol-gel process provide excellent oxidation resistance at high temperature.     

EFFECT OF NANOCRYSTALLIZATION ON THE SCALING OF NiAl AT 1000℃ IN AIR

The oxidation behavior of a magnetron sputtered nanocrystalline NiAl coating was investigated at 1000℃ in air. Comparing with cast NiAl and NiAl-0.1at.%Y alloys reveals influences of nanocrystallization as well as yttrium addition on the oxidation behavior of NiAl. Results show that a phase transformation from metastable θ-Al2O3 to stable a-Al2O3 occurred in scales, which was accelerated by the microcrystallization and retarded by the addition of Y. The addition of Y as well as the nanocrystallization reduced the void formation at the interface between the scale and the substrate.     

Pt改性对NiAl涂层氧化性能及显微组织的影响

使用大气等离子喷涂技术在哈氏合金X基体上制备NiAl涂层,再采用最优工艺在NiAl涂层上电镀Pt并进行真空扩散制备出高性能的Ni-Al-Pt涂层. 对NiAl涂层和Pt改性涂层进行高温氧化试验,观察并分析两种涂层的氧化行为、相成分以及微观组织. 氧化动力学曲线结果显示,与原始涂层相比,Pt改性涂层的氧化动力学曲线更接近抛物线,且氧化后期涂层增重较为缓慢. XRD结果表明,Pt改性涂层氧化初期即可在表面快速形成连续致密的Al₂O₃膜,氧化至90 h时,涂层表面仍主要为α-Al₂O₃. SEM结果显示,Pt改性涂层氧化30 min后,涂层表面出现θ-Al₂O₃和α-Al₂O₃的混生结构. 氧化35 h后,θ-Al₂O₃基本转化为连续致密的α-Al₂O₃. 氧化至90 h时,涂层表面主要由呈片状结构的α-Al₂O₃和团聚成球的NiO组成,涂层仍具有更高的抗氧化性能.     

Fabrication of the Coatings for the High-temperature Oxidation Resistance on Hydrogen Resistance Steel

Alumina coating is used to improve the performance of high-temperature oxidation resistance,which can be fabricated on the surface of hydrogen resistance steel by two methods,thermal oxidation of arc ion plated Al coating and reactive magnetron sputtering.Elemental composition,structures and surface morphologies of the coating were analyzed and compared in this paper.The surface of the coatings,which was made by the first method,was composed of α-Al2O3 phase and internal was Fe-Al alloy phase.The Alumina coatings made by the second method were amorphous.In addition,appearances of Alumina coatings fabricated by these two methods were quit different,which were grey and transparent respectively.Both of the two kinds of coatings meet to the needs of high-temperature oxidation resistance.     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。     

高强度铝合金微等离子体电解氧化陶瓷质膜层影响因素

微等离子体电解氧化是在阳极氧化基础上发展起来的直接在轻合金表面原位生成γ-Al2 O3和α-Al2 O3陶瓷质膜的一项表面工程新技术.α-Al2 O3对陶瓷质膜层的性能起决定性作用,最大限度地促进α-Al2 O3的形成,是改善铝合金表面综合性能的关键.经过对国内近20个单位的调研,发现该技术在军工、航空、航天、机械等领域有着迫切的需求和广泛的应用前景,有望部分替代硬质氧化膜实现大规模生产.本文从基体材料、溶液特性及电参数三方面分析铝合金微等离子体氧化膜层的影响因素,重点分析基体合金元素对陶瓷质膜层的影响.指出该技术在高强度铝合金应用领域的发展方向并对其前景进行了展望.