超音速微粒轰击对热障涂层高温氧化行为的影响(英文)

在传统的热障涂层(TBCs)制备工艺的基础上,在制备热障涂层陶瓷层前,采用超音速微粒轰击技术(SFPB)改变粘结层的表面状态。采用 X 射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和微区 Cr3+荧光光谱研究粘结层的表面结构及其 1000 °C时的高温氧化相变。粘结层表面位错密度大幅度增加,形成了大量的原子扩散通道;在高温氧化初期,粘结层中 Al 原子扩散速度的增快保证了优先形成一层稳定的α-Al2O3相;在高温氧化瞬态阶段,大量 Cr3+通过 SFPB 产生的扩散通道,形成过渡相(Al0.9Cr0.1)2O3,该过渡相间接促进了γ→θ→α相变。在高温氧化初期,热障涂层 TGO 中的残余应力先急剧增大然后减小;与高温氧化26 h 的 0.93 GPa 相比,高温氧化 310 h 的残余应力降低至 0.63 GPa。在热障涂层的 TGO 层中获得了单一、连续、致密的具有抗高温氧化能力的主相α-Al2O3,这利于进一步延长其使用寿命。     

超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层氧化行为的影响

采用等离子喷涂(atmospheric plasma spraying,APS)技术在镍基高温合金(GH99)上沉积MCrAlY粘结涂层,并进行超音速颗粒轰击处理.研究超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层高温氧化性能的影响.利用扫描电镜、X射线衍射仪、辉光光谱仪对涂层的氧化物演化过程进行观察和分析.结果表明,表面超音速颗粒轰击处理后,涂层表面所生成的氧化物较细小,能快速形成致密连续的氧化膜,保护了粘结层中其它元素的进一步氧化,避免了Ni(Cr,Al)2O4等大颗粒氧化物的形成,延缓了涂层中裂纹的产生和扩展,有效地改善了涂层抗高温氧化性能.     

高速微粒轰击对热障涂层热生长氧化物生长过程的影响

研究了高速微粒轰击NiCoCrAlY粘结层后的热障涂层热生长氧化物(TGO)的生长过程.结果表明:等离子喷涂涂层1050℃×72h高温氧化后TGO出现明显分层现象,而经过高速微粒轰击涂层1050℃×96h高温氧化后TGO形貌更为平坦且无分层现象发生.此外,NiCoCrAlY粘结层经高速微粒轰击后产生大量的位错网;TGO进入稳态氧化阶段时间缩短,稳态氧化阶段时间延长.涂层抗高温氧化性能明显提高.     

超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层TGO生长的影响

采用超音速火焰喷涂方法在镍基高温合金(GH99)上制备了MCrAlY涂层,并进行超音速颗粒轰击处理,研究了超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层显微结构和热生长氧化物(TGO)的影响.结果表明,通过表面轰击处理,增加了涂层中Al元素的扩散通道;高温氧化过程中MCrAlY涂层表面很快形成连续致密的Al2O3膜,保护了Ni,Cr等元素避免被氧化,从而避免了Ni(Cr,Al)2O4,NiO等大颗粒氧化物的生成;这样减少了涂层中的裂纹产生和扩展的可能性,从而提高涂层抗高温氧化性能.     

超音速微粒轰击40Cr钢工艺优化设计

超音速微粒轰击技术(SSPB)可以在金属材料表面施加强烈塑性变形,在材料表面制备纳米结构表层。利用正交设计的原则,对影响纳米化的几个主要参数进行优化设计,分析了各参数对轰击处理试样弧高的影响,得到了优化的工艺参数,并通过金相观察轰击处理试样的横截面,以及测试试样表面的粗糙度,分析了各参数对粗糙度的影响。     

超音速微粒轰击表面纳米化及其对耐磨性的影响

采用超音速微粒轰击技术对20钢进行表面纳米化处理。研究了表面纳米化工艺对材料流失与形貌变化的影响，并采用往复磨损试验机研究了纳米化表面的磨损性能。结果表明：超音速微粒轰击在表面形成纳米层过程中使材料发生流失和表面粗糙度增大。在干摩擦和油润滑条件下，微粒轰击样品的磨损率分别是未轰击样品的2．77和1．83倍，轰击抛光样品的磨损率则比未轰击样品分别降低了26％和42％。对其影响耐磨性的原因作了初步讨论。     

抛光处理铂铝粘结层的高温氧化

采用电镀和渗铝方法制备镍基合金的铂改性铝化物粘结层,并对涂层表面进行1 μm表面抛光处理,研究1 100 ℃空气循环高温氧化生成的氧化铝层的表面形态和断面结构.结果表明,抛光处理可有效地抑制低铂含量涂层的表面脊背和凸起形成,压制高铂含量涂层的生长层起伏.同时,量化研究表明,样品经抛光处理后,氧化铝生长层的均平方根起伏系数(RMS)在氧化至1 000 h时约为1.5,线性长度起伏(L/L0)在氧化前后基本保持恒定,而表面起伏波长随时间呈增大趋势.抛光处理后涂层的氧化铝粘结性能较好,并具有较低的氧化铝生长速率.     

热障涂层双层黏结层的高温氧化行为

采用箱式电阻炉研究了具有梯度热膨胀系数的（孔隙层+氧化层）双层黏结层结构热障涂层的高温氧化行为。采用气罩等离子喷涂在Inconel 738合金基材上制备60μm厚的孔隙层,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在孔隙层上制备120μm厚的氧化层。在1000℃下对黏结层进行不同时间的高温氧化试验。结果表明,黏结层由孔隙层和氧化层组成;喷涂态孔隙层具有典型的层状结构,未出现明显氧化;喷涂态氧化层较为致密,内部弥散分布着细小的α-Al₂O₃颗粒;具有梯度热膨胀系数黏结层表面的热生长氧化物（TGO）生长速率显著低于传统黏结层,且不再遵循抛物线生长规律,而是以对数规律生长;由于生长速率缓慢,尽管在制备过程中消耗了部分Al元素,但在500 h范围内TGO仍然以α-Al₂O₃为主。      

EB-PVD热障涂层热循环过程中粘结层的氧化和相结构

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上沉积Ni-30Cr-12Al-0.3Y（质量分数，％）粘结层，采用电子束物理气相沉积方法（EB－VPD）沉积7％Y2O3（质量分数）－ZrO2陶瓷顶层，结果表明，在热循环过程中，非平衡相t′-ZrO2中的Y2O3含量逐渐减少，t′－ZrO2相逐渐分解成平衡相t-ZrO2（冷却时变转变成斜相）和立方组ZrO2,1050℃循环200次，粘结层氧化物（Al2O3)厚度约为3μm，表明Ni-Cr-Al-Y达宜作粘结层，继续热循环，陶瓷层中出现单斜阳，粘结层中Al贫化，氧化层中出现NiO及尖晶石等，引起应力集中，导致涂层失效。     

超音速微粒沉积-激光同步强化Inconel718涂层高温氧化行为

针对镍基高温合金 Inconel 718 表面损伤问题,利用超音速微粒沉积-激光同步强化技术在基体表面制备了相同成分的 Inconel 718 修复涂层。 采用场发射扫描电子显微镜( SEM) 及其自带的能谱分析仪 EDS、X-射线衍射仪 (XRD)、显微拉曼光谱仪、场发射高分辨透射电子显微镜(TEM)分析了激光功率为 1300 W 时涂层的微观组织结构和 750 ℃高温氧化后表/ 截面形貌。 结果表明:涂层表面光洁,内部组织致密,孔隙率仅为 0. 2%,涂层与基体结合良好且无明显裂纹等缺陷。 在氧化初期,镍基高温合金涂层表面快速氧化并形成富 Ni、Fe、Cr 的 NiO、Fe₂O₃ 、Cr₂O₃ 以及含 Ni 的尖晶石 Cr₂O₃·NiO 结构。随着氧化时间的延长,NiO 与 Fe₂O₃ 结合生成复合相 NiFe₂O₄ ,而覆盖在 NiO 表面的 Cr₂O₃ 不断生长扩张,与 NiO 发生固相反应生成 NiCr₂O₄ 。     

电热爆炸喷涂法制备Ni-Co-Cr-Al-Y合金粘结层的氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125合金表面制备了Ni-Co-Cr-Al-Y合金粘结层,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对所制备的粘结层进行了分析.结果表明,所制备的粘结层与基体结合良好,晶粒细小.粘结层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,起到了保护基体的作用.试验结果表明,采用电热爆炸喷涂法能够顺利制备Ni-Co-Cr-Al-Y合金涂层.     

Effect of Y Distribution on the Oxidation Kinetics of NiCoCrAlY Bond Coat Alloys

The relation between the Y distribution in the alloy and the growth kinetics of the developing oxide scale was studied for the thermal oxidation of two Ni–20Co–19Cr–24Al–0.2Y (at.%) alloys at 1,373 K: (i) a coarse-grain cast alloy with large Ni₅Y intermetallic precipitates, and (ii) a fine-grain freestanding coating with small Ni₅Y precipitates. Using a combination of experiments and model calculations, it is shown that the average growth kinetics of a NiCoCrAlY alloy are dependent on the size and distribution of Y-rich oxide inclusions (pegs) in the α-Al₂O₃ oxide layer. Alumina scales containing a high density of small Y-oxide inclusions grow faster than α-Al₂O₃ scales containing only a few, large Y-oxide inclusions. Upon oxidation of the freestanding coating, the Y-oxide inclusions in the scale attain their maximum size after the Y in the coating is completely consumed. After this point, a decrease in the average oxidation kinetics occurs.     

金属连接体用Mn-Cu尖晶石涂层的制备及其高温氧化导电性能

为阻止Cr的外扩散、改善金属连接体的高温性能,采用高能微弧合金化(HEMAA)工艺,选用Mn-35Cu(原子分数%)合金电极在430SS基体上制备了Cu-Mn尖晶石涂层,然后在750℃空气中原位氧化得到Cu-Mn复合尖晶石涂层。结果表明:Cu-Mn复合尖晶石涂层致密,附着力良好;涂层的主要成分除了Cu-Mn尖晶石氧化物外,还含有一定量的Mn2O3,氧化层中基体元素Cr、Fe含量较低。涂层在800℃时的面比电阻测试结果显示,氧化100h后得到的复合Cu-Mn尖晶石涂层的电阻值为10mΩ·cm2。高能微弧合金化原位氧化后的复合Cu-Mn尖晶石涂层是一种很有前景的金属连接体涂层。     

真空热处理对多弧离子镀NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响

采用多弧离子镀技术在镍基高温合金上沉积NiCoCrAlY涂层,通过真空热处理消除涂层内部孔洞。研究了950、1000和1050℃热处理后的涂层在1000℃下的氧化实验,以探究最优的热处理温度。采用XRD、SEM和EDS观察分析涂层的物相组成和表截面形貌。结果表明,真空热处理后,基体与涂层结合紧密,氧化增重相对缓慢,涂层表面能形成均匀致密的氧化膜。其中,1000℃下真空热处理的涂层表现出了良好的抗氧化和防剥落性能。     

Temperature Effect on Early Oxidation Behavior of NiCoCrAlY Coatings: Microstructure and Phase Transformation

Initial oxidation behavior of NiCoCrAlY coating prepared by arc-ion plating has been studied in air at 900, 1000 and 1100 °C. The results showed that phase transformation from transient θ-Al₂O₃ to α-Al₂O₃ was highly related to the temperature and oxidation time. The oxide scale in the initial stage was mainly composed of θ-Al₂O₃ at 900 °C. Instead, more amount of α-Al₂O₃ emerged out with increasing oxidation temperature. The elemental distribution after oxidation confirmed that faster chromium diffusion to the oxide scale played an important role in the speedy transformation from θ-Al₂O₃ to α-Al₂O₃. Y segregation at scale/coating interface resulted in less cavity formation and hence improved the oxide scale adherence.     

Internal Oxidation Thermodynamics and Isothermal Oxidation Behavior of AgSnO2 Electrical Contact Materials

研究了Ag-Sn合金内氧化热力学与恒温氧化行为。热力学计算结果表明,Ag-Sn合金内氧化在热力学上是可行的,并绘制了合金氧化热力学区位图。经氧化实验获得Ag-Sn合金恒温氧化行为曲线。Ag-Sn合金快速氧化的温度区间为550℃至800℃。随内氧化温度的升高,合金的氧化更为彻底并逐步趋于平稳。实验所得AgSnO2材料中,SnO2颗粒弥散分布于Ag基体中。在内氧化过程中,氧的扩散使合金内部发生氧化,并生成呈网状排布的氧化物。     

共渗制备NiCrAlY涂层及抗高温腐蚀研究

采用热扩散的方法在高温合金K417G基体上制备了NiCrAlY涂层,经测定,涂层以β–NiAl相为主,Cr以固溶态和AlCr(x)相同时存在。1000和1100℃恒温氧化试验表明,NiCrAlY涂层显著提高了合金的抗氧化性,氧化膜致密稳定的Al2O3为主,300h后氧化膜没有明显的剥落。对基体合金和涂层试样进行了900℃,NaCl/Na2SO4(25:75)融盐环境的热腐蚀试验。结果表明,NiCrAlY涂层氧化膜完整,涂层内硫化物含量低,有效提高了抗热腐蚀性能。     

Oxidation protection of NiCoCrAlY coatings on γ-TiAl

The effect of NiCoCrAlY overlay coatings on the oxidation resistance of γ-TiAl was studied at 900 ℃ in static air. To hinder the interdiffusion of the elements, the Al/Al2O3 layer was added between the coating and the alloy. The results show that the TiAl alloy exhibits poor oxidation resistance. NiCoCrAlY coating can not effectively protect the γ-TiAl substrate from high temperature oxidation because of the serious interdiffusion between the coating and the substrates. With Al/Al2O3 diffusion barrier, the NiCoCrAlY coating exhibits excellent oxidation protection on γ-TiAl alloy.     

Improved oxidation life of segmented plasma sprayed 8YSZ thermal barrier coatings

Unconventional plasma sprayed thermal barrier coating (TBC) systems were produced and evaluated by interrupted or cyclic furnace oxidation life testing. First, approximately 250 μm thick 8YSZ coatings were directly sprayed onto grit blasted surfaces of PWA 1484, without a bond coat, to take advantage of the excellent oxidation resistance of this superalloy. For nominal sulfur (S) contents of 1 ppmw, total coating separation took place at relatively short times (200 h at 1100°C). Reductions in the S content, by melt desulfurization commercially (0.3 ppmw) or by hydrogen (H₂) annealing in the laboratory (0.01 ppmw), improved scale adhesion and extended life appreciably, by factors of 5–10. However, edge-initiated failure persisted, producing massive delamination as one sheet of coating. Secondly, surfaces of melt desulfurized PWA 1484 were machined with a grid of grooves or ribs (∼250 μm wide and high), resulting in a segmented TBC surface macrostructure, for the purpose of subverting this failure mechanism. In this case, failure occurred only as independent, single-segment events. For grooved samples, 1100 °C segment life was extended to ∼1000h for 5 mm wide segments, with no failure observed out to 2000 h for segments ≤2.5 mm wide. Ribbed samples were even more durable, and segments ≤6 mm remained intact for 2000 h. Larger segments failed by buckling at times inversely related to the segment width and decreased by oxidation effects at higher temperatures. This critical buckling size was consistent with that predicted for elastic buckling of a TBC plate subject to thermal expansion mismatch stresses. Thus, low S substrates demonstrate appreciable coating lives without a bond coat, while rib segmenting extends life considerably.