PtAl_2单相涂层的高温抗氧化性能及失效机制研究

在镍基铸造高温合金K38G上采用脉冲电镀的方法沉积Pt镀层,通过分步加热粉末包埋渗Al处理后,获得表层为单相PtAl2,内层为β-NiAl的Pt-Al涂层.分别对单相PtAl2涂层进行1100℃静态氧化及循环氧化测试,并分析涂层在2种氧化条件下的氧化行为及失效机制.结果表明,单相PtAl2涂层表现出良好的抗静态氧化能力,初期快速增重主要来自于θ-Al2O3的生成,很快θ-Al2O3转变为α-Al2O3且增重趋于平缓.但是,单相PtAl2涂层的抗循环氧化能力较差,循环氧化过程中产生的热应力会导致部分区域PtAl2层剥离或脱落,继而引发涂层过早失效.因此,单相PtAl2涂层不适用于高温负载服役环境,其在循环氧化过程中的失效和退化主要来自于PtAl2层剥落以及剥落区附近β-NiAl层Al元素的快速消耗.     

四种典型高温防护涂层的抗氧化性能

目的系统地评价典型高温防护涂层的抗高温氧化性能,并分析其失效机制。方法通过对比普通Ni Al涂层、NiCrAlY涂层、Pt改性Ni Al涂层以及Pt+Hf共改性Ni Al涂层等四种典型高温防护涂层在1100℃的恒温氧化行为,从氧化过程中的氧化增重、组织结构演变规律等角度出发,分析了四种涂层在高温氧化过程中的抗氧化性能以及氧化失效规律。结果四种涂层在1100℃恒温氧化过程中的增重均符合抛物线规律。普通Ni Al涂层氧化膜粘附性能较差,氧化膜快速剥落,涂层退化最快。NiCrAlY涂层中Y元素在氧化膜/涂层界面形成"钉扎"作用,显著提高氧化膜的粘附性能,但由于涂层内部Al元素含量降低,涂层1100℃氧化300 h后基本失效。Pt改性Ni Al涂层的氧化膜较为完整,但氧化膜起伏严重。Pt+Hf共改性Ni Al涂层的氧化膜均匀完整且无明显起伏,具有综合最优的抗高温氧化性能。结论四种涂层的抗高温氧化性能排序为:Pt+Hf共改性Ni Al Pt改性NiAl普通Ni AlNiCrAlY。     

一种Zr改性双相PtAl_2+(Ni,Pt)Al涂层的制备及热腐蚀行为研究

在镍基单晶高温合金上采用复合电镀的方法沉积Pt-Zr复合镀层,随后通过气相渗铝的方法,获得Zr改性的PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层,该涂层分为3层:外层由PtAl_2颗粒弥散分布在b-(Ni,Pt)Al中的双相区组成,中间层为b-(Ni,Pt)Al及少量Cr的析出物,内层为互扩散区(IDZ)。其中,Zr元素主要固溶在外层双相区以及中间层b-(Ni,Pt)Al中。分别对Zr改性和普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层在850℃下Na2SO4/Na Cl(75∶25,质量比)混合盐中进行热腐蚀实验,结果表明,因Zr元素具有固定S和Cl的作用,可降低S和Cl在热腐蚀过程中的破坏性,故Zr改性PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层比普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层具有更好的抗热腐蚀性能。经过低真空预氧化处理后,普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层表面生成的Al_2O_3膜较薄,在后续热腐蚀过程中并不能有效抵挡混合盐的持续入侵,涂层长期抗热腐蚀性能与原始状态PtAl_2+(Ni,Pt)Al涂层样品接近。