金属-氧化物扩散障对涂层和基体间元素互扩散的阻碍作用SCIEI

本文研究了低压等离子喷涂的Ni_3Al-Y_2O_3扩散障层对外层涂层与基体间元素互扩散的阻碍作用,发现阻碍扩散的作用与扩散障层中氧化物含量有关。当Y_2O_3含量为8wt-%时,扩散障对元素互扩散没有明显的阻碍作用;当Y_2O_3含量为30wt%时,对Al,Co和Cr等元素的扩散有明显的阻碍作用。并且,阻碍作用随元素不同而不同。     

高温合金涂层与基体界面上的互扩散

研究了高温合金上热扩散涂层、多元包覆涂层和微晶涂层与基体合金间的互扩散，以及扩散障层对阻碍扩散的作用。结果表明扩散渗铝涂层与基体间形成较宽的含碳化物的扩散带及含σ要的影响区；在多元包覆涂层与基体间形成以γ＿β相组成的扩散带；在微晶涂层与基体合金间无新相生成，仅γ′相会粗化。扩散障层对阻碍元素扩散有一定作用。     

活性元素Y对高Nb-TiAl合金表面硅化物渗层组织的影响

目的提高Nb-TiAl合金的抗高温氧化性能。方法采用NaF为催化剂、1080℃下Si-Y扩散共渗5 h的方法,在高Nb-Ti Al表面制备了Y改性硅化物渗层,利用SEM、EDS和XRD分析了渗剂中Y_2O_3含量对共渗层组织及相组成的影响。结果采用不同含量Y_2O_3所制备的Si-Y共渗层具有多层复合结构,共渗层的厚度随Y元素的添加呈先增大后减小的趋势,共渗层的内层均由γ-Ti Al相组成;当渗剂中Y_2O_3含量为2%和3%(质量分数)时,共渗层的外层主要为(Ti,Nb)Si_2相,中间层分为上下两层,分别为(Ti,Nb)_5Si_4相和(Ti,Nb)_5Si_3相,其中2%Y_2O_3的Si-Y共渗层有一层富Al的(Ti,Nb)_5Si_4和(Ti,Nb)_5Si_3相组成的浅表层;当渗剂中Y_2O_3含量为0%、1%和5%时,共渗层外层以(Ti,Nb)_5Si_4相为主,中间层主要为(Ti,Nb)_5Si_3相。结论稀土Y元素质量分数为2%~3%时具有明显的促渗作用,且获得的Si-Y渗层组织结构致密,但添加过量的稀土元素会抑制Si元素的吸附与扩散,使得Si-Y共渗层中产生较多的孔洞,同时渗层的组织结构发生了改变。     

CeO2颗粒含量和尺寸对铝化物涂层和基体互扩散行为的影响

研究发现,在铝化物涂层中添加活性元素（Reactive Element,简称RE）,例如钇,铪,锆,铈及其氧化物,可以显著提高涂层的抗氧化性能。本文通过在Ni基体电沉积纳米CeO2颗粒（15-30 nm）含量~0,~1,~2,~3 wt. %和微米CeO2颗粒（5 μm）含量~1 wt. %的Ni-CeO2复合镀层并对其进行部分渗铝,制备了不同CeO2颗粒含量和尺寸掺杂的δ-Ni2Al3/Ni涂层体系。将以上CeO2掺杂的铝化物涂层在1000 °C真空退火不同时间,研究CeO2颗粒含量和尺寸对铝化物涂层和基体互扩散行为的影响。退火结果表明,纳米CeO2颗粒的添加可有效减轻δ-Ni2Al3/Ni涂层体系的退化,而且随着CeO2颗粒含量的增加,其对互扩散的抑制作用明显增强;但微米CeO2颗粒的添加对涂层和基体的互扩散几乎没有影响。这是因为CeO2颗粒含量和尺寸会影响高温过程中铝化物/Ni镀层界面处CeO2富集层的形成,该富集层可作为扩散障,阻碍铝化物涂层和基体的互扩散。     

电弧离子镀沉积Cr-O-N活性扩散阻挡层

采用电弧离子镀技术在NiCoCrAlY涂层与高温合金基材DSM11间沉积不同成分的Cr-O—N薄膜作为扩散阻挡层，研究了900℃下氧化1400h后DSM11／Cr—O—N／NiCoCrAlY体系中Cr-O-N层阻挡合金元素互扩散的行为以及阻挡层对涂层氧化动力学曲线的影响．结果表明，Cr-O-N层在高温氧化过程中生成与涂层和基材有良好结合的富Al氧化物层，可以阻挡DSM11基体与NiCoCrAlY涂层间的元素互扩散，起到活性阻挡层的作用；Cr-O-N层中。和N含量影响生成富Al氧化物层的连续性和致密性，从而影响其阻挡元素互扩散的性能．几种成分的Cr-O-N活性扩散阻挡层对NiCoCrAlY涂层900℃下的高温氧化性能都有一定的改善作用，改善程度与阻挡层阻挡合金元素互扩散的程度保持一致．     

电弧离子镀沉积Al(Cr)-O-N扩散阻挡层的研究

采用电弧离子镀方法在高温合金DSM11基材上沉积Al-O-N和Cr-O-N薄膜，研究了不同O2，N2流量对薄膜相结构的影响以及高温下DSM11／NiCoCrAlY，DSM11／Al-O-N／NiCoCrAlY和DSM11／Cr-O-N／NiCoCrAlY体系的元素互扩散行为。实验结果表明，Al(Cr)-O-N薄膜均为多晶膜，分别具有α-Al2O3 六方AlN和Cr2O3 CrN的相结构，随着N2，O2流量的改变，两相的相对含量发生变化。在1050℃下氧化100h后，Al-O-N层阻挡基体与涂层间元素互扩散的作用优于Cr-O-N层。扩散阻挡层对涂层的氧化动力学影响不大。     

掺杂Y2O3对钨中氘渗透行为的影响

采用气相驱动渗透系统研究了纯钨和不同轧制比的W-Y_2O_3在不同温度下氘(D)的渗透行为,获得了纯钨和W-Y_2O_3中氘渗透率、扩散系数、溶解度及扩散活化能等定量数据。结果表明:缺陷密度和Y_2O_3掺杂对钨中氘的稳态渗透率没有显著影响;但Y_2O_3掺杂及轧制工艺会影响钨中氘扩散激活能和溶解热;元素掺杂及提高轧制比,促进了钨中氘的扩散,降低了氘在钨中的固溶度。     

YSZ活性扩散障结构应力的有限元分析

利用有限元分析法建立了镍基合金基体/Al2O3/Zr/Al2O3/NiCrAlY粘结层模型,模拟计算了温度快速变化时扩散障的应力集中区域及应力水平,分析了扩散障的厚度及界面形貌对扩散障结构应力的影响。结果表明:在温度急剧变化过程中,扩散障内应力水平较高的区域主要出现在Al2O3层,特别是在Al2O3层中段、非平整界面的尖点、拐点处以及曲面的凹凸不平处;扩散障内应力值随Al2O3层和Zr层的增大而减小,且Al2O3层厚度变化对应力的影响比Zr层厚度变化的影响大;非平整界面最大等效应力比平整界面高约1 000 MPa。     

Y_2O_3掺杂BaZrO_3显微组织演变及与钛熔体相容性

以BaCO_3、ZrO_2和Y_2O_3为原料的6种配比混合料在1200℃经固相合成Y_2O_3掺杂BaZrO_3粉体,并经冷等静压成型后在1750℃烧结成圆片。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结合能谱分析(EDS)分析不同Y_2O_3掺杂量对BaZrO_3粉体组成及其对BaZrO_3圆片的显微组织结构和烧结性能的影响。结果表明:Y_2O_3掺杂BaZrO_3主要由BaZrO_3和Ba2YZr O6构成;随着Y_2O_3掺杂量的增加,Ba2YZr O6含量逐渐增加,并出现团聚现象;同时,BaZrO_3晶粒生长受到抑制,导致圆片表面疏松多孔,致密度降低。当原料摩尔比n(BaCO_3):n(ZrO_2):n(Y_2O_3)=0.48:0.47:0.1时,所获圆片相对密度达到97.1%。使用该配比粉料制备坩埚感应熔炼Ti Ni合金后,合金与坩埚无界面反应层存在,也未见明显坩锅组成元素向合金扩散现象,说明Y_2O_3掺杂BaZrO_3是一种非常有潜力的钛合金熔炼制备用耐火材料。     

扩散时间对W在TiAl合金中扩散行为的影响

通过光学显微镜、扫描电镜和硬度测试等分析手段研究了在1250 ℃下扩散保温不同时间对W元素在TiAl合金中扩散行为的影响。结果表明:试样在1250 ℃下进行扩散不同时间后,渗层界面处连接良好,可观察到明显的冶金结合。扩散层厚度随扩散时间的延长而增加,扩散4 h后可得到约15 μm厚的渗层,扩散24 h后可得到约45 μm厚的渗层,此外较长的扩散时间(24 h)可显著改善界面处的裂纹和气孔等缺陷。W在TiAl合金中的扩散机制主要为置换和空位扩散,且W和Ti的原子半径和热膨胀系数等存在差异,使得晶格畸变的出现并进一步阻碍了W元素的扩散。显微硬度试验结果表明W在TiAl合金中进行扩散,可以增强TiAl合金的硬度,且硬度值随W含量的增大而增大。     

EFFECT OF METAL-OXIDE DIFFUSION BARRIER ON INTERDIFFUSION OF ELEMENTS BETWEEN COATING AND SUBSTRATE

The effect of LPPS Ni_3Al-Y_2O_3 diffusion barrier layer on interdiffusion of elements betweencoating and substrate has been investigated.It was found that the retardation of interdiffusionis related to the amount of oxide in the diffusion barrier layer.The retardation is not remark-able when the content of Y_2O_3 is 8 wt-%,whereas the diffusion of Al,Co or Cr has all beennotably retarded when the content of Y_2O_3 reaches 30 wt-%.The retardation effect of diffu-sion barrier is different for different elements such as Al,Co or Cr.     

Statistics of oxidation resistance of Ni-(0-15)Co-(8-15)Cr-(0-5)Mo-(0-10)W-(3-8)Al-(0-5)Ti-(0-10)Ta-0.1C-0.01B superalloys at 1000℃ by compositional variations

The effects of alloying elements(Co,Cr,Mo,W,Al,Ti,and Ta) on the oxidation resistance of Ni-(0-15)Co-(8-15)Cr-(0-5)Mo-(0-10)W-(3-8)Al-(0-5)Ti-(0-10)Ta-0.1 C-0.01 B alloys were studied.The sample compositions were designed by the Box-Behnken method of design of experiments(DOE).The alloying elements show complicated effects on the mass gain due to oxidation,depending on the alloy composition.Al reduces the mass gain largely.The other elements except Al do not appear to exert a strong effect on the oxidation rate on average,but their influences are shown clearly in the alloys with a low Al content.Co,W,and Ta reduce the oxidation rate,while Cr,Mo,and Ti promote oxidation.Ta is the most effective element in reducing the oxidation rate of the alloy with a low Al concentration.It is confirmed that a continuous Al_2O_3 layer is essentially required for high oxidation resistance.The oxide scale of easily oxidized alloys has various oxides such as NiCr_2O_4,NiAl_2O_4,NiO,Cr_2O_3,CrTaO_4,and TiO_2.     

微量元素对低膨胀Fe-Ni基高温合金抗氧化性能的影响

为了保持低的膨胀系数,低膨胀GH909合金中不含Cr,导致合金的抗氧化性能较差为了解决这一问题,在GH909合金的基础上调整成分,加入少量Cr和稀土元素Y与La等,并提高Co/(Co+Ni)比例,使合金在膨胀系数基本未变的情况下,抗氧化性能得到较明显的改善用X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等检查了合金的氧化层,发现GH909合金氧化层很厚,其主要成分为Fe3O4,Fe3O2等,氧化层组织较疏松,有内氧化现象.加入Cr和稀土元素的合金氧化层较薄,氧化层主要成分还有Cr2O3等,氧化层组织致密,未见内氧化.温度愈高,Cr和稀土的有益效果愈明显,它们有效地抑制了氧的扩散.     

“A study on the effect of Co,Cr and Ti on the corrosion of FE40AL intermetallic in molten NaCl–KCl mixture”

The effect of the addition of 3 at% Cr, Co or Ti on the corrosion behavior of Fe40Al intermetallic alloy in 1 M NaCl:1 M KCl mixture at 750 °C has been carried out by using electrochemical techniques. Techniques included potentiodynamic polarization curves, linear polarization resistance and electrochemical impedance spectroscopy measurements. It has been found that the addition of either Cr, Co or Ti decreased the corrosion rate of Fe40Al intermetallic by almost five times due to the formation of a passive layer, absent in the base alloy. This was because the diffusion of Al towards the top of the alloy for the establishment of a protective Al₂O₃ layer was enhanced by the presence of these alloying elements. The corrosion rate for the base alloy was under diffusion control of the reactants, whereas that for alloyed intermetallic was under charge transfer control.     

DETERMINATION OF ACTIVITY OF AI IN SOLID Cu-Al ALLOYS

Activities and activity coefficients of Al in solid Cu-AI alloys have been determined by meansof solid electorlyte galvanic cells Al(a_1 , in alloy), Al_2O_3 | ZrO_2· Y_2O_3 | Ni, NiOand Al(a_1 , in alloy), Al_2O_3 | Na, βAl_2O_3 | Al(a_2 , in alloy), Al_2O_3     

等离子体电解阴极沉积Y2O3陶瓷涂层

在Y（NO3）3水溶液中,以Fe25Cr5Al合金为阴极,研究了等离子体电解阴极沉积Y2O3陶瓷涂层的规律。研究发现,当施加的槽电压超过临界值时,阴极发生气膜微弧放电,在合金表面沉积出Y2O3陶瓷涂层。研究了施加槽电压、沉积时间、Y（NO3）3浓度对沉积Y2O3陶瓷涂层的影响。扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）分析结果表明,获得的Y2O3陶瓷涂层表面具有熔融的特征,涂层致密与基体结合牢固。探讨了等离子体电解阴极沉积Y2O3涂层的机理。     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.     

Y2O3改性渗铝工艺及渗层抗高温氧化性研究

采用在20钢上复合电镀Ni-Y2O3层后再扩散渗铝的方法，得到了Y2O3改性的渗Al复合层，并对渗层氧化性能进行了试验研究。SEM及EDXA观察结果表明，经Y2O3改性的渗层，Y2O3颗粒均匀分布于渗层中，且表面铝含量达到30．65％。不连续氧化和循环氧化试验的结果表明，其抗高温氧化性能明显提高，分别为纯铝渗层的2．5倍和3倍。     

Influence of aluminium on the microstructure of Co based alloy coatings

Abstract

Coating contamination as a consequence of the diffusion of elements from the operating environment, accounts for the deterioration of a variety of mechanical components, and is particularly severe on those that operate at elevated temperatures. This study analysed the degradation of three Co based alloy coatings as a consequence of their contamination with Al. One Co–Cr–W and two Co–Cr–Mo–Si atomised alloy coatings, each with and without 5 wt-% aluminium powder, were deposited by plasma transferred arc on AISI 316L stainless steel plates. Accelerated aging at 600 and 1000°C contributed to the understanding of the effect of Al on the microstructure of coatings. Coatings with and without Al were characterised by laser confocal microscopy and microhardness. Dilution increased on coatings modified with Al due to the exothermic synthesis of aluminide compounds and the most significant microstructure modification was observed in the Co–Cr–Mo–Si coatings as primary Laves phase was almost suppressed. Accelerated aging tests showed that aluminium had a deleterious effect on the three Co based coatings although it was more pronounced in those processed with the Co–Cr–W alloy.     

Ti_3Al及其渗铝涂层的热腐蚀性能

采用电化学方法并结合各种物相分析技术研究了Ti_3Al金属间化合物在熔融(Na,K)_2SO_4-NaCl中的热腐蚀行为及渗铝涂层对其耐蚀性能的影响。结果表明,Ti_3Al耐热腐蚀性能较差。形成了外层为TiO_2,中间层为富铝的TiO_2-Al_2O_3复合层,内层为富铌的Nb_2O_5-TiO_2-Al_2O_3层的三层结构。渗铝涂层能在合金表面形成Al_2O_3氧化膜而明显改善Ti_3Al的耐蚀性能。