等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 高温固体润滑耐磨涂层的抗氧化性能研究

目的研究等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层在850℃时的高温抗氧化性能和抗氧化机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,并采用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。采用SEM和XRD研究粉体和涂层的显微结构和物相组成,并采用马弗炉研究复合涂层在850℃的恒温氧化动力学曲线,通过研究氧化96 h以后涂层表面的组织形貌,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层的抗氧化机理。结果 NiCoCrAlY合金层均匀致密地包覆在Al2O3颗粒的表面,包覆层厚度约为3~5μm。复合粉体的主要组成为Al2O3相和NiCoCrAlY合金相,没有其他杂质相的存在。等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层氧化动力学曲线分为大斜率直线、抛物线和系数几乎为0的抛物线等3个阶段。氧化96 h以后,涂层的氧化质量增量为4.9 mg/cm2左右,表面形成了一层连续的氧化物保护膜,经EDX分析,氧化膜层主要由Al,O,Cr和Ni组成。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层具有良好的高温抗氧化性能,涂层中Ni,Cr,Al的氧化以及硬质相Al2O3的加入是涂层抗氧化的主要原因。     

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.     

炮钢表面电弧离子镀NiCoCrAlY涂层的性能研究

用电弧离子镀技术在炮钢表面沉积NiCoCrAlY涂层,研究了涂层的硬度与摩擦磨损性能、高温抗氧化性及耐腐蚀性.结果表明:涂层的硬度较炮钢提高了近36％,炮钢的磨损机制主要为严重的磨料磨损和塑性流动,NiCoCrAlY涂层磨损机制主要是粘着磨损,NiCoCrAlY涂层的摩擦系数(0.57～0.65)小于炮钢的摩擦系数(0.78～0.86);NiCoCrAlY涂层在850℃空气中氧化100 h后的动力学结果表明,涂层大大提高了炮钢的高温抗氧化性能,其原因是表面形成了θ-Al2O3和α-Al2O3氧化膜阻止了炮钢基体被氧化,同时NiCoCrAlY涂层由β-(Ni,Co)Al、α-Cr与γ-Ni相转变为γ-Ni、γ’-Ni3Al和FeNi相;NiCoCrAlY涂层在3.5％NaCl溶液中较炮钢自腐蚀电位提高了近200 mV,能够显著提高炮钢的抗腐蚀能力.     

某重型燃气轮机涡轮叶片表面开裂分析

目的 探究某重型燃气轮机涡轮叶片服役过程中表面裂纹的形成原因。方法 利用场发射扫描电子显微镜及能谱仪确定开裂叶片裂纹周围的显微组织及元素分布情况,揭示高温氧化导致的涂层外表面及涂层/叶片基体界面处的组织演变规律。结果 此叶片经高温长时间服役后,表面未发现热障涂层,抗氧化涂层是NiCoCrAlY涂层,主要显微组织为γ-Ni相+β-NiAl相;叶片基体材质为GTD-111镍基高温合金,主要显微组织为γ-Ni相+γ’-Ni₃(Al, Ti)相及γ/γ’共晶组织和块状(Ti, Ta)C碳化物。表面裂纹主要集中于叶身与叶根的过渡平台位置。涂层内部、裂纹周围及涂层/叶片基体界面处均发现明显的金属氧化现象,氧化产物主要为金属Al和Cr的氧化物。高温服役环境下,铝元素的氧化导致涂层外表面的β-NiAl相及涂层/叶片基体界面位置的γ’-Ni₃(Al, Ti)相向γ-Ni相转变,导致上述2位置的弱化。此外,截面形貌表明,在涂层表面位置,裂纹与凹坑相连接,并呈现向涂层内部扩展的态势,局部位置已贯穿抗氧化涂层,并扩展进入叶片基体。结论 由于高温氧化导致涂层表面Al含...     

TC4钛合金沉积NiCrAlY涂层的氧化行为

采用电弧离子镀（AIP）技术在TC4（Ti-6Al-4V）钛合金基体表面沉积制备NiCrAIY涂层,测定TC4钛合金和NiCrAIY涂层在700-900℃的氧化动力学曲线。通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）分析与X射线衍射分析（XRD）研究TC4钛合金和NiCrAIY涂层氧化前后物相组成和组织形貌,讨论氧化过程中元素的扩散行为。结果表明：在700-900℃静态空气中氧化100h,NiCrAIY涂层能明显提高TC4钛合金的抗氧化性能,TC4钛合金氧化后形成A12O3层和TiO2层交替出现的氧化膜层;经700和800℃氧化后,NiCrAIY涂层保持其原始的相组成,但在表面形成Al2O3和Cr2O3混合氧化膜;经900℃氧化后,氧化膜由Al2O3和TiO2组成;经700℃氧化时,主要发生Ti和Ni两种元素的扩散;经800和900℃氧化时,由于Ti及Ni元素的剧烈扩散,界面附近出现Kirkendall疏孔带和约100μm的β相稳定区;经900℃氧化时,Ti扩散到涂层表面形成氧化物导致氧化速率提高,Cr元素开始向基体扩散并在近界面处富集。     

热处理对钛合金表面激光原位合成高铌Ti-Al金属间化合物涂层高温抗氧化行为的影响

采用激光原位合成技术在BT3-1钛合金表面制备了高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。根据XRD谱分析涂层的物相结构,通过GSL-1600X型管式炉测试950℃循环氧化条件下热处理前后基材和涂层单位面积的氧化增重,绘制氧化动力学曲线,并据此比较涂层和基材的抗氧化性能。借助OM和SEM观察了氧化前后涂层的微观形貌,探讨了其高温抗氧化机理。结果表明,热处理前的涂层主要由单质Nb、金属间化合物g-TiAl、a_2-Ti_3Al和Ti_3Al2等物相组成,热处理后的涂层,单质Nb固溶到g-TiAl和a2-Ti_3Al中,同时形成了新相Ti_3Al Nb0.3,涂层近似为g-TiAl+a_2-Ti_3Al双相组织。热处理前涂层的氧化动力学曲线介于线性规律和抛物线规律之间,其高温抗氧化性能比钛合金基材提高了2倍。热处理后涂层的氧化动力学曲线近似呈抛物线规律,且氧化速率小,其高温抗氧化性能比钛合金基材提高了20倍以上。950℃循环氧化条件下,涂层氧化层表面形成了连续致密的胶囊状氧化物,氧化层紧密粘附在未氧化涂层部分,氧化层对涂层起到了良好保护作用,而钛合金基材表面则形成疏松多孔的絮状氧化物,氧化层从基材处碎裂、剥落。Nb的合金化显著改善了Ti-Al金属间化合物的高温抗氧化性能。     

钛合金表面等离子喷涂热障涂层性能的研究

用等离子喷涂法在钛合金（Ti6Al4V）表面制备NiCrAlY＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层。用XRD、SEM检测了涂层的金相组织、结构及形貌。对喷涂前后的试样在600℃进行了高温氧化实验,给出了氧化动力学曲线。结果表明．钛合金经等离子喷涂处理后表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密,涂层的厚度约为210um。所形成的热障涂层显著地提高了钛合金的高温抗氧化性能．降低了氧化速率,致密的氧化膜对继续氧化有阻碍作用。     

镍基合金表面二硅化钼复合涂层的制备和性能

为了改善K403镍基高温合金的高温抗氧化性能,采用大气等离子喷涂在镍基合金表面制备了4种不同结构的MoSi2复合涂层。结果表明:4种结构涂层中K403/NiCoCrAlY/ZrO2/30%(体积分数)ZrO2-MoSi2/MoSi2复合涂层的抗热震性能最好,且该涂层的界面结合强度最高(22.5 MPa)。MoSi2涂层的自身结合强度大于涂层界面结合强度,结合机理以机械咬合式为主。该复合涂层在1 200℃氧化120 h后的质量增加仅为3.42 mg/cm2,提高K403合金和传统氧化锆涂层的抗氧化性能。MoSi2复合涂层表面在高温时生成了一层致密的SiO2保护膜,阻碍了氧的扩散,减轻了过渡层NiCoCrAlY/ZrO2界面处的氧化。     

Ti-6Al-4V合金热加工用无铅玻璃-陶瓷抗氧化涂层研究

制备了一种用于防止Ti-6Al-4V钛合金加热时表面氧化的无铅玻璃-陶瓷涂层材料,并对其相组成及有涂层钛合金氧化层进行了研究。结果表明,加热前涂层主要为玻璃相,加热后有结晶相生成,有利于从钛合金表面除去涂层;有涂层钛合金表面氧化层厚度小。可见,无铅环保型涂层能在500~1000 ℃温度范围内给Ti-6Al-4V合金提供良好的抗氧化保护。     

钛合金微弧氧化/有机硅转化复合涂层的制备与高温性能

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化法和有机硅转化法在TA15合金表面制备出微弧氧化/有机硅转化复合涂层。采用XRD、SEM、EDS等方法分析涂层的组织结构,并评价涂层在700℃时的高温氧化行为。结果表明:微弧氧化涂层主要由锐钛矿相和金红石相Ti O2组成,涂层表面存在直径约5μm的微孔,但涂层内层致密。微弧氧化涂层表面的有机硅转化层主要由Ce O2、Si C、Al和Al_2O_3相组成,厚度约为20μm;微弧氧化涂层与有机硅转化涂层之间无明显界线,界面结合良好。在700℃长时间高温氧化20 h后,TA15合金的氧化增重为0.5875 mg/cm2,微弧氧化涂层的增重为0.2513 mg/cm2,而复合涂层显著改善抗氧化性能,增重仅为0.0506 mg/cm2。700℃至室温热冲击50循环后,复合涂层没有发现剥落,显示出良好的抗热震性能。     

激光熔覆NiCoCrAlY/HfB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCoCrAlY/HfB2复合涂层。用XRD和SEM分析了涂层的组成和组织结构,在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上对涂层不同温度下的摩擦磨损性能进行对比测试,采用SEM和三维表面轮廓仪对磨损后试样、对偶球和磨屑的形貌进行了分析。结果表明:NiCoCrAlY/HfB2复合涂层主要组成为NiTi、HfB2、TiB2、Co3Ti、CrTi4和Hf3Ni7相,复合涂层与基材冶金结合,涂层晶体结构主要为块状晶。涂层的平均显微硬度约为850HV0.2,是基材硬度的4.25倍。在20℃、100℃、300℃和500℃摩擦测试温度下涂层的摩擦因数和磨损率随温度的升高而减小,复合涂层的磨损率在10-4～10-5 mm3/Nm数量级,具有较好的高温耐磨性能,涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。     

高能脉冲等离子扫描电沉积ZrO2/Y2O3陶瓷涂层

用高能脉冲等离子扫描电沉积技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备ZrO2/Y2O3复合陶瓷涂层,以提高材料的抗高温氧化性能.陶瓷涂层的表面质量与多项工艺参数有关,通过不同工艺条件下获得的涂层性能对比分析优选出了满意的工艺参数,并分析了相应的作用机理.     

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.     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 涂层的制备及摩擦性能研究

目的制备等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层,并研究该涂层的摩擦性能和磨损机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆和固相合金化技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。用SEM和XRD等手段分析粉体和涂层的显微结构和物相组成,研究涂层从室温到800℃的摩擦磨损性能,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层在室温和高温下的磨损机理。结果 Al2O3颗粒表面均匀包覆着一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度大约为3~5μm;等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层呈典型的层状结构,涂层各层间结合良好,涂层中孔隙率约为2.84%,主晶相为Ni Cr Al合金相和Al2O3相。涂层的摩擦系数随温度的升高逐渐降低,在室温下约为0.64,800℃时在0.4以下。高温下,金属氧化物的形成是摩擦系数降低的主要原因。涂层的磨损率随温度的升高先升高后降低。涂层在低温下为脆性断裂和磨粒磨损,高温下为氧化磨损、磨粒磨损、塑性变形和金属氧化物的转移。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层是一种性能优良的高温固体润滑耐磨涂层。     

NiCoCrAlY coatings with and without an Al2O3/Al interlayer on an orthorhombic Ti2AlNb-based alloy: Oxidation and interdiffusion behaviors

The mechanism of oxidation protection of NiCoCrAlY overlay coatings on the orthorhombic Ti₂AlNb-based alloy (O alloy) Ti–22Al–26Nb (at.%) is described. While the bare alloy exhibited poor oxidation resistance at 800 °C, adding NiCoCrAlY coatings significantly improved the oxidation resistance. However, serious interdiffusion between the coatings and the substrate resulted in rapid degradation of the coating system. Several reaction layers were formed at the coating/substrate interface by interdiffusion, and non-protective scales mainly of Cr₂O₃ and TiO₂ were formed due to the degradation of the coating. In order to solve this problem, an Al₂O₃/Al interlayer was sandwiched into the coating system as a diffusion barrier. The isothermal and cyclic oxidation protection of the multilayer coating system on the Ti–22Al–26Nb substrate was evaluated at 800 and 900 °C. The results indicated that the interdiffusion was much suppressed, and the duplex coating system demonstrated improved oxidation resistance on the Ti–22Al–26Nb substrate, with a thin and adherent protective α-Al₂O₃ scale forming on the surface.     

Ti2AINb基合金多弧离子镀铝层的抗高温抗氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Ti2 AlNb基合金表面制备镀铝层。采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层的850℃高温抗氧化性能。结果表明：Ti2 AlNb基合金的镀铝层是均匀、致密的,经850℃高温氧化100 h后,表面氧化层主要是Al2 O3,次表层是TiAl3、TiNb4,镀铝有效地提高了Ti2 AlNb基合金的高温抗氧化性能。     

Effect of surface preparation on the durability of NiCoCrAlY coatings for oxidation protection and bond coats for thermal barrier coatings

A principal concern with alumina‐forming coatings for high‐temperature oxidation protection and bond coats (BCs) for ceramic thermal barrier coatings (TBCs) used in gas turbines is the spalling of the alumina scales during service. This paper describes the effects of BC surface preparation on the durability of NiCoCrAlY coatings exposed under thermal cycling conditions. State‐of‐the‐art TBC systems deposited by electron beam physical vapor deposition (EBPVD) with NiCoCrAlY overlay BCs were found to fail as the result of defects which included transient oxides, defects in the BC surface, defects in the as‐deposited microstructure of the TBC, and excessive oxidation of reactive element additions. In some instances, the TBC life was greatly extended by surface treatments, such as fine polishing. The oxidation behavior of NiCoCrAlY coatings, absent a TBC, was found to be sensitive to Y content and to surface preparation. This paper describes how a variety of surface treatments affected coating lives and failure mechanisms.     

Effect of Undercooling on Microstructure Evolution in IN718 Superalloy

通过激光熔覆技术在钛表面成功制备了NiCoCrAlY和NiCoCrAlY/ZrB2复合涂层,用SEM和XRD分析了涂层的组成及结构.在SRV-Ⅳ高温摩擦磨损试验机上系统考察了NiCoCrAlY和NiCoCrAlY/ZrB2复合涂层在20、100、300和500℃下的摩擦磨损性能,对偶为Si3N4陶瓷球.采用SEM和3D非接触式表面轮廓仪磨损形貌分析了摩擦磨损测试后涂层和对偶陶瓷球的磨痕形貌.结果表明:NiCoCrAlY/ZrB2复合涂层相对于NiCoCrAlY涂层有更高的显微硬度和更好的高温耐磨性能,NiCoCrAlY和NiCoCrAlY/ZrB2复合涂层在不同温度下的磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损.     

NiCoCrAlY粘结层喷涂工艺对8YSZ热障涂层抗氧化性能的影响

目的 提高热障涂层粘结层的抗高温氧化性能。方法 分别采用爆炸喷涂和等离子喷涂工艺制备了不同结构的NiCoCrAlY粘结层,之后通过等离子喷涂制备8YSZ陶瓷层,分析了两种粘结层结构的热障涂层的抗高温氧化性能。利用XRD、SEM和EDS对涂层物相、微观结构和成分进行分析,并对其与基体结合状态、抗高温氧化性能进行研究。结果 爆炸喷涂粘结层内部组织致密,缺陷较少,与基体结合处孔隙少;而等离子喷涂粘结层内部的层状特征明显,孔隙较多,表面粗糙度较低。爆炸喷涂粘结层氧化5 h后,表面生成了一层富Al2O3的致密氧化物膜;而等离子喷涂粘结层表面形成了富NiO、CoO、Cr2O3和Ni(Cr,Al)2O4的氧化物层,并出现了许多微裂纹和片层状氧化物。爆炸喷涂制备的热障涂层试样在前5 h氧化增重速率高于等离子喷涂试样,随后变平缓,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高。爆炸喷涂热障涂层的热生长氧化物层（Thermally grown oxide, TGO）经50 h氧化后,仍呈连续状,厚度均匀,粘结层内氧化物缺陷较少。结论 爆炸喷涂粘结层组织均匀、致密,喷涂时涂层的氧化以及热处理的内氧化较少,使得足够的Al较快速地在粘结层表面形成致密的氧化铝,表面一定厚度的氧化铝层抑制了氧和其他金属原子的相向扩散反应,提高了涂层的抗高温氧化性能。