合金元素在MCrAlY涂层中的作用

本文综合MCrAlY涂层和高温合金的的研究结果,总结了MCrAlY涂层中各合金元素的作用及性质特点,包括合金元素对涂层中的相及涂层性能的影响,活性元素的作用机制等。     

TiN/Cr涂层锆合金包壳高温氧化与抗热冲击性能研究

为了研究TiN/Cr涂层锆合金的高温氧化性能和抗热冲击性能,采用磁控溅射制备了TiN/Cr涂层锆合金样品,分别开展高温氧化和抗热冲击性能试验,并对高温氧化和抗热冲击后的样品微观结构、物相及结合强度等进行表征。结果表明磁控溅射制备的TiN/Cr双层涂层之间存在明显界线,样品表面存在类圆形的团聚凸起,但涂层结构致密,无裂纹和孔隙等缺陷。高温氧化后,表面Cr涂层部分被氧化为Cr₂O₃,呈不规则的多面体结构,中间TiN涂层中Ti原子向表面扩散,与O结合形成TiO₂,呈长条状结构,且Cr₂O₃聚集区域呈鼓泡状。在涂层与基体界面处,向内扩散的Cr原子和向外扩散的Zr原子形成约5μm厚的Cr-Zr扩散层。同时,O原子持续向样品内部扩散,与基体中Zr原子结合形成ZrO₂。虽然TiN/Cr涂层锆合金的氧化增重小于无涂层锆合金,且样品保持相对完整,但是由于O原子的持续扩散,内部锆合金被氧化,说明TiN/Cr涂层无法为锆合金提供良好的长时抗高温氧化性。热冲击试验后,表面涂层依然...     

MCrAlY涂层对单晶中γ'相消耗及TCP相生成影响的模拟研究

高温下,MCrAlY涂层与高温合金单晶基材之间会发生元素互扩散,引起显微组织结构变化,往往造成单晶中具有析出强化作用的γ'相的消耗和对力学性能有害的拓扑密堆(Topological closed packed, TCP)相的生成。本研究采用扩散模拟计算的方法,设计了6种MCrAlY模型涂层,分析Co、Cr、Al主元素对DD6单晶基材显微组织的影响规律。研究结果表明,基材中γ'相消耗区在靠近涂层-基材界面处形成,该区的形成主要与Co、Cr元素内扩散相关。基材中TCP相则在更深位置的γ'相富集区内生成,γ'相富集区与Al元素内扩散有关。另外,本文着重分析了涂层成分对γ'相消耗区深度及TCP相生成含量与深度的影响。     

Ta含量对NiCoCrAlY涂层性能的影响

采用真空雾化的方法制备了Ta含量为0、2%及5%的NiCoCrAlYTa合金粉末,利用超音速火焰喷涂制备了三种涂层,研究了Ta对合金粉末微观组织及物相的影响,绘制了1050℃条件下涂层的高温氧化动力学曲线,研究了500h氧化试验后涂层组织和β相的分布,初步探讨了Ta元素对改善涂层抗氧化性能的作用机理。研究结果表明:Ta通过提高MCrAlY体系抗氧化元素的溶质浓度,促进了氧化膜的形成,随着Ta含量的增加,涂层的内氧化程度降低,涂层抗氧化性能提高。但含Ta涂层在长时间氧化条件下会生成CrTaO_4、AlTaO_4等尖晶石类氧化物,且Ta的氧化物PBR值较大,对涂层的抗热震性能不利。     

包埋渗铝结合激光熔覆制备铌合金高温防护涂层

为提高铌合金高温抗氧化性,在铌合金表面制备包埋渗铝涂层,通过激光熔覆技术在渗铝层表面熔覆MoSi_2粉末,获得MoSi_2/Al涂层。研究涂层的高温抗氧化性及热腐蚀性能。结果显示:涂层的成分主要有MoSi_2、NbSi_2、Al_3Nb等相,涂层均匀连续致密,与基体结合紧密。经1200℃氧化30 h和900℃Na_2SO_4+K_2SO_4混合盐热腐蚀50 h后,MoSi_2/Al涂层都生成内外两层氧化物膜层,膜层之间结合紧密,氧化膜厚度随时间延长逐渐增大,原有涂层厚度逐渐被氧化消耗。与C103合金相比,MoSi_2/Al涂层有效阻止了氧向涂层内扩散,可以大幅度减缓氧化速率,对基体有良好的防护作用。     

Ta 含量对 MCrAlY 抗氧化性的影响

相影响着MCrAlY涂层的抗氧化性,改善涂层中β相含量可以通过添加特定元素实现。Ta被认为是可以用来改善涂层抗氧化性的重要元素之一。本研究模拟考察了不同Ta含量对MCrAlY涂层相组分的影响,并在此基础上,开展了1000℃恒温氧化实验。研究结果表明,随着Ta含量的增加,涂层的贫铝区厚度减小,剩余的β含量增加,其分布也更靠近涂层表面;但较高的Ta含量加剧了Ta元素在涂层中的偏析。综合考虑,3%Ta含量的MCrAlY涂层抗氧化性最好。另外,本文还着重研究了优选Ta含量的MCrAlY的氧化过程。     

TiAl基合金高温抗氧化研究进展

综述了TiAl基合金高温抗氧化研究进展,包括TiAl基合金氧化热力学/动力学、氧化膜组成和结构及其形成过程,以及提高合金高温抗氧化性的措施。研究结果表明,TiAl基合金高温氧化动力学一般遵循抛物线规律,且受到合金相组成和组织形貌的影响。氧化膜由外向内,主要呈TiO_2/Al_2O_3/Al_2O_3+TiO_2结构,氧化膜与基体界面处易形成降低合金抗氧化性的Z相(Ti_5Al_3O_2)和氮化产物(TiN,Ti_2AlN)。TiAl基合金中添加适量的Nb,Y,Si,Cr,Mo等元素,在改善力学性能的同时,可明显降低合金高温氧化增重。采用表面处理技术,包括表面离子注入、表面渗透扩散处理以及磷化处理等,可在合金表面形成保护层,显著提高TiAl基合金高温抗氧化性能,然而保护层的稳定性尚需提高。采用涂层技术,包括富Al涂层、陶瓷涂层以及新兴的复合涂层等,可有效地阻止氧向内扩散,抑制TiAl基合金在高温下的氧化行为。     

NiCoCrAlYTa涂层与镍基高温合金基体互扩散行为研究

采用大气等离子喷涂技术(APS)在镍基高温合金GH536上制备Ni Co Cr Al YTa涂层。通过SEM、EDS等方法研究了Ni Co Cr Al YTa涂层与合金基材在1000℃下界面的元素或扩散行为及涂层组织演变规律。结果表明:随着氧化时间延长,涂层中的Co、Al及基材中的Fe、Mo发生了明显的互扩散,涂层中发生了β→γ’→γ的相转变。氧化500h后,元素Y、Ta扩散到了涂层氧化膜中,靠近界面处的涂层基体中出现了大量横向排列、尺寸在5μm左右的富Ta相,形成了一个扩散障,减缓了涂层与基材之间元素互扩散。     

热障涂层与镍基高温合金界面的互扩散行为

综述了热障涂层(TBC)系统的3界面,即陶瓷层/热生长氧化膜(TGO)界面、TGO/粘结层界面及粘结层/基体界面,在高温服役条件下氧化和互扩散行为的研究现状;分析、讨论了控制界面反应和互扩散的3种方法,包括添加Pt/Hf等合金元素、施加界面扩散障及开发新粘结层.指出:粘结层的性能优劣是控制TGO防护性及界面互扩散从而延长TBC使用寿命的关键,而在多种改善TBC界面互扩散方法中,尤以美国和日本科学家研发的连续拓扑密堆积(TCP)型σ相扩散障(如Re-Ni、Ir-Ta及Ni-Hf等)的性能最优;同时指出采用含Pt-Hf的γ-γ'相合金、或与基体同成分的纳米晶涂层作为新粘结层来控制界面互扩散也有望获得进一步发展.     

高速大气等离子喷涂制备MCrAlY粘结层

采用具有高速喷嘴的TriplexPro-210等离子枪,通过高速等离子喷涂工艺参数优化,研究了不MCrAlY粉末粒度对涂层氧含量、孔隙率的影响以及粉末粒度对沉积率及涂层表面粗造的的影响,制备了低氧含量和低孔隙率的MCrAlY涂层,并通过热重差热分析对喷涂后涂层的氧化行为特点进行了表征.     

钽钨合金高温抗氧化复合涂层制备研究

钽钨合金具有高熔点、高热强性和良好的加工性能,是航天飞行器关键高温部件的主要结构材料,但在高温工作环境中易发生氧化,必须在合金表面制备高温抗氧化涂层加以防护。本文采用料浆熔烧法,在Ta10W合金表面制备高温抗氧化复合防护涂层,通过涂层制备,性能测试,SEM对涂层的微观形貌分析,对涂层特性及工作机理进行研究。结果显示制备的Ta10W合金复合涂层1800℃静态抗氧化寿命25h,1950℃静态抗氧化寿命5h。涂层与基体结合良好,高温条件下涂层对基体形成了良好的保护,产品在超音速飞行器中得到了应用。     

HVOF制备MCrAlY涂层过程中WC杂质颗粒的演变遗传行为研究

在热喷涂工业生产过程中,喷涂制备不同材料体系的涂层之前需要对送粉路径(送粉罐、送粉盘、搅拌器、送粉管路、送粉针)进行清理,但由于送粉路径内部结构复杂且存在静电吸附效应,使得残留于喷涂系统的粉末无法被完全去除,通常以微量杂质颗粒的形式被带入新涂层,进而影响新涂层的性能。为此,本文研究了在单晶基材表面采用高速火焰(HVOF)喷涂制备MCrAlY涂层过程中,送粉路径残留的WC杂质颗粒(WC-10Co4Cr)在涂层及涂层与基材界面处的遗传演变行为,分别采用SEM、EDS分析了WC杂质在喷涂态、热处理态涂层中的微观组织和相组成。研究结果表明,WC杂质颗粒确实存在于MCrAlY涂层中,并在后期热处理及氧化试验中进一步分解而固溶于涂层中,甚至扩散至单晶基材内部引起含W碳化物的生成,影响涂层及单晶基材的显微组织,改变局部的成分均匀性。同时,本文还采用ThermoCalc软件进行了热力学计算模拟,辅助分析了WC分解及W与C元素在显微组织中的遗传特性。对于WC类粉末和MCrAlY粉末共用的HVOF喷涂设备,建议给MCrAlY粉末配备单独的送粉路径,以确保涂层的纯净度与质量。     

激光熔覆高熵合金涂层组织结构及强化机理研究进展

激光熔覆作为一种绿色、高效的表面处理技术，能够快速制备组织致密、晶粒细小，与基体呈高强度冶金 结合的涂层，是近年来高熵合金领域的研究热点之一。概述了现有高熵合金涂层材料体系和制备方法，重点讨论 了激光熔覆CoCrFeNi-M 典型过渡族高熵合金涂层的组织结构，及其耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能，并归纳了 涂层的强化机制和方法。CoCrFeNi-M 系合金涂层主要呈现FCC 固溶体结构，综合力学性能普遍较好，通过合金 体系调控，在细晶强化、固溶强化、第二相强化等作用下，能够获得硬度、耐磨性、耐蚀性等性能的进一步提升。 同时，概述了激光熔覆难熔高熵合金涂层的组织结构，耐磨、耐蚀、抗高温氧化性能及性能强化机制，该体系合 金涂层主要呈现BCC 固溶体结构，硬度较高但室温韧性普遍不足，具有较好的高温强度，在高温领域具有较好 的应用前景，但抗高温氧化性能普遍不足，仍需通过合金体系优化进一步提升。此外，总结了基于激光熔覆技术 开展的高熵合金涂层制备及研究中存在的问题和不足，并展望了未来的发展方向。     

抗高温蒸汽氧化ZrC/Cr复合涂层制备与性能研究

采用预制涂层粉末方式在锆合金表面激光熔覆涂层,成功制备出了不同成分配比的ZrC/Cr复合涂层管。涂层厚度90-120μm,组织均匀致密,与基体结合良好。对涂层管进行高温蒸汽氧化试验,结果发现,ZrC/Cr复合涂层抗高温蒸汽氧化性能受成分配比影响显著,ZrC与Cr粉末配比为1:4的复合涂层在1204℃高温水蒸气环境中表现出了良好的抗高温水蒸气氧化性能,氧化增重约为无涂层锆合金包壳管氧化增重的一半。     

氧化时间对 NiCoCrAlYTa 涂层 / 镍基高温合金界面 显微组织影响

采用真空等离子喷涂技术在 DD407 合金和 DD6 合金上制备了 NiCoCrAlYTa 涂层。 通过 SEM、 EDS 等方 法研究了 900 ℃ 不同氧化时间下经热处理后 NiCoCrAlYTa 涂层 /DD407 合金和 NiCoCrAlYTa 涂层 /DD6 合金的 界面组织。 结果表明， 随着氧化时间延长， NiCoCrAlYTa 涂层 /DD407 合金界面扩散层组织析出 σ 相， σ 相形状 发生明显变化， 并且界面扩散层厚度缓慢增加， 扩散系数为 13.32 μm/h； 随着氧化时间延长， NiCoCrAlYTa 涂层 /DD6 合金界面扩散层析出 TCP 相（σ 相和 μ 相） ， TCP 相形状未发生明显变化， 并且界面扩散层厚度缓慢增加， 扩散系数为 3.85 μm/h。     

单晶高温合金 NiCoCrAlYTa 涂层高温氧化行为研究

飞机发动机及燃气轮机的发展要求更高的燃气进口温度,从而获得更高的推重比或功率输出,抗氧化MCrAlY涂层在其中发挥至关重要的作用。本文采用含有Ta元素的Amdry997粉末进行超音速火焰喷涂,研究涂层的高温氧化行为,并重点关注Al和Ta元素在涂层内不同相中的分布,及其对涂层与基体元素互扩散行为的影响。研究表明,Ta元素对提高γ'-Ni_3(Al,Ta)相稳定性起到重要作用。     

Nb-Ti-Al基超高温合金研究进展

Nb-Ti-Al基超高温合金熔点高、密度低,其综合力学性能具有潜在的优势,是未来先进航空发动机涡轮热端部件的重要备选材料。NbTi-Al基合金主要组成相为铌固溶体β相和金属间化合物δ相,β相改善合金室温塑性,δ相提供优良的高温强度和较低的蠕变速率。近年来,Nb-Ti-Al合金体系相图不断完善,β→δ相变以及β相有序化转变获得了广泛的研究。分析了Nb-Ti-Al合金的3种主要制备方法:电弧熔炼铸锭、粉末冶金和激光成形技术及工艺对组织和力学性能的影响。热等静压、热压烧结等先进粉末冶金技术适用于熔点高、反应活性强的Nb-Ti-Al基合金制备。激光成形技术应用于制备铌基超高温合金空心叶片等复杂结构部件,具有巨大的潜力。为提高Nb-Ti-Al基合金抗氧化性,可综合利用合金化防护、第二相防护、涂层防护等技术。随δ相含量增加,合金高温强度提高,而室温断裂韧性则降低,因此需平衡合金高低温力学性能,引入弥散强化。进一步优化合金体系,推进激光成形等方法的应用和改进抗氧化涂层,是Nb-Ti-Al合金的重要发展方向。     

钼合金表面ZrB_2-SiC抗氧化涂层研究

钼及钼合金由于优异的机械性能而广泛应用于能源、航空航天、核工业等领域。但钼及钼合金的易氧化性限制了其在高温环境下的进一步应用。采用超音速等离子喷涂在钼基体表面制备ZrB2-SiC复合涂层,利用XRD和SEM等检测分析研究涂层的微观结构和物相组成,研究涂层在不同温度的氧化行为,分析氧化机理,结果表明,氧化后涂层表层形成粒子堆垛状,形成致密度较好的含有ZrO_2、ZrSiO_4高熔点颗粒的SiO_2玻璃相表面层,有效阻挡氧气向基体的扩散。     

稀土和铬对铁基自熔合金喷涂层抗氧化性能的影响

本研究着眼于用稀土对价格低廉的铁基自熔合金粉末进行改性,以提高其抗高温氧化性能。结果表明,稀土的添加大大提高了合金涂层的高温抗氧化性能,具有较大的应用前景。同时分析了稀土提高抗氧化性的机理,认为稀土的添加改变了合金氧化过程的扩散动力学,从而改变氧化膜的形貌与粘附性,提高抗氧化能力。单纯增加铁基合金中铬的含量对合金的抗氧化性影响不明显。     

电弧离子镀沉积Al-O-N高温扩散阻挡层的研究

采用电弧离子镀技术在DSM11合金与NiCoCeAlY涂层间沉积Al-O-N高温扩散阻挡层薄膜,研究了不同O2、N2流量对Al-O-N薄膜相结构的影响及高温下Al-O-N薄膜阻挡合金元素互扩散的行为.实验结果表明,电弧离子镀法沉积的Al-O-N薄膜为多晶膜,具有α-Al2O3+六方AlN的相结构,随着N2的增加,AlN相的含量增加.在1050℃下氧化100h后,Al-O-N层能有效阻挡DSM11合金中的Ti元素向外扩散,扩散阻挡层对涂层的氧化动力学影响不大.