复合电镀 MCrAlY 涂层研究进展

作为MCrAlY高温防护涂层制备手段之一的复合电镀技术具有低能耗、低成本等诸多优点。在过去近四十年内,该技术在国外得到了广泛的发展与应用。本文主要对比介绍了国内外MCrAlY涂层复合电镀工艺技术的研究进展,并对国内MCrAlY涂层复合电镀技术的发展作了展望。     

新型高温封严涂层材料的研究进展

介绍了两种新型的高温封严涂层材料的进展,针对涂层的热处理工艺和涂层的性能进行了简单的介绍,并指出了这类涂层材料的优缺点.     

新型航空发动机用 Ni-cBN 主动切削涂层切削性能研究

篦齿封严是航空发动机中的一种封严结构,为避免篦齿在服役过程中发生磨损,需在其表面制备防护涂层。国内多采用等离子喷涂氧化铝类耐磨涂层,但在苛刻工况下易剥落,防护性能欠佳。国际上近年出现一种采用复合电沉积工艺制备的新型主动切削涂层,性能更优。镍 - 立方氮化硼 ( Ni-cBN ) 是新型主动切削涂层中典型的一种。在 FGH95 基材试片和仿形模拟件上采用复合电沉积工艺制备了新型 Ni-cBN 主动切削涂层,研究了其在高温高速条件下与GH3536金属蜂窝的切削性能。结果表明,新型Ni-cBN涂层可在金属蜂窝上切割出形状规整的沟槽,对磨温升降低约 80 ℃,无过热灼烧迹象,热稳定处理后涂层仍保持切削能力,表现出优异的切削性能。     

喷涂工艺对MCrAlY涂层组织影响

采用超音速、爆炸喷涂工艺制备钢铁炉辊用MCrAlY涂层,借助XRD、SEM和EDS等手段分析了涂层组织。结果显示：超音速制备涂层中Cr元素含量比粉末成分偏高,Al、Y元素降低,可能在喷涂过程中元素烧损,形成的氧化物在喷涂沉积过程被吹飞,未沉积到涂层中。XRD分析结果显示涂层由Co基固容体、Al,Co、Cr7C3、TaC等相组成。涂层致密,孔隙率低,显微硬度大,结合强度高。相对超音速工艺制备涂层,爆炸喷涂工艺制备的涂层中除铝元素外,分布较均匀,涂层致密度较低,涂层相对显微硬度较高,结合强度二者一致。     

航空发动机高温涂层腐蚀失效研究进展

航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般含有氯、硫条件下发生的弱酸性腐蚀,腐蚀温度为常温。熔盐腐蚀主要针对航空发动机在海洋环境下YSZ热障涂层及MCrAlY涂层面临熔融态盐(如NaCl、Na2SO4)发生的腐蚀,腐蚀温度一般为500~1 000 ℃。CMAS腐蚀主要是由沙漠、尘土环境下的复合氧化物引起陶瓷涂层失效,腐蚀温度一般高于1 200 ℃。最后对YSZ热障涂层及MCrAlY涂层的腐蚀失效机理及未来研究方向进行总结和展望。     

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。     

航空发动机篦齿类零件耐磨封严涂层的工艺控制

等离子喷涂工艺制备的 Ni-5%Al/Al2O3 -TiO2 耐磨封严涂层广泛应用于航空发动机篦齿封严系统中,涂层厚度对提升发动机效率有着至关重要的作用,随着封严篦齿间隙从 1.0 mm 减小到 0.2 mm,气体实际泄漏流量减小幅度可达 73%。由于篦齿零件形状复杂,主要对批生产中篦齿零件常见的涂层厚度和外观控制进行了研究,通过采用硅橡胶和金属工装共同保护的方式,避免了涂层局部堆积情况并消除了涂层边界的毛刺等缺陷。此外,通过建立试片与篦齿涂层厚度的对应关系,对比了不同测量方式间的差异,实现了批生产过程中对篦齿涂层的间接控制,从而实现了该类零件涂层厚度的高效无损检测。     

高温可磨耗复合梯度涂层喷涂工艺研究

按照常压等离子喷涂工艺路线,选择合理的喷涂工艺参数和复合喷涂材料的配比,使用常压等离子喷涂设备在发动机结构件上制备出了高温可磨耗复合梯度封严涂层。对该涂层显微组织、EDS微区成分、涂层组织抗氧化性和涂层氧化增重曲线的测试分析表明,涂层的结构和性能符合相关标准,制备的涂层达到了高温可磨耗封严涂层的使用要求,并已得到实际应...     

热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展

阐述了热障涂层在航空发动机部件上的应用和发展;对比分析了目前实际工程应用中最广泛采用的大气等离子喷涂(Air plasma spray,APS)和电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition,EB-PVD)两种制备技术的技术原理、涂层材料体系和涂层性能;并简单介绍了TBCs制备技术的发展趋势和新型热障涂层材料研究的热点方向。     

“氧化 - 扩散” 模型在高温合金 -MCrAlY 涂层体系中的应用

燃气轮机中（燃烧室、 涡轮） 高温合金热端部件长期工作在 1000℃及以上的高温环境, 导致部件材料需 要面对高温氧化、 热腐蚀、 高温载荷及力学性能的改变等实际问题。 MCrAlY 涂层在热端部件防护中发挥着重要 作用。 然而, 高温合金 -MCrAlY 涂层体系在高温中会发生元素互扩散、 组织演变等微观现象, 影响着部件高温 性能和使用寿命。 本研究采用 ThermoCalc/DICTRA 软件, 同时耦合了 MCrAlY 合金涂层表面氧化, 建立了高温 合金 - 涂层体系的“氧化 - 扩散” 模型, 成功应用于涂层成分优选与寿命预测。 本研究还总结了热力学计算在高 温合金 /MCrAlY 涂层体系中其他应用     

航空发动机上可磨耗封严涂层的应用及需求

本文概述了航空发动机用间隙控制可磨耗封严涂层材料及其应用情况,对其性能评价方法、应用环境及需求进行了阐述。     

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。     

High Temperature Oxidation and Microstructural Evolution of Modified MCrAlY Coatings

Thermal sprayed MCrAlY coatings are widely used as a bond coat in thermal barrier systems to protect the substrate from corrosion and high temperature oxidation and to improve the compatibility between the ceramic top coat and metallic substrate. In this paper, the high temperature oxidation resistance of MCrAlY coatings with modified compositions was evaluated; in particular, the effect of the addition of reactive and refractory elements (Ta, Re, Si, and Hf) was investigated. MCrAlY coatings were obtained by high velocity oxygen fuel spray and vacuum plasma spray techniques; samples were exposed to air at 1423 K (1150 °C) and the oxidation kinetics were evaluated by measuring the thickness of the thermally grown oxide (TGO) scale at several exposure times. Experimental data confirmed that the oxidation resistance of MCrAlY coatings is strictly related to the amount of the reactive and refractory elements in the starting powders and that a thorough understanding of the microstructural modifications taking place during oxidation is essential for controlling TGO growth and thermal barriers’ durability.     

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。     

脱硫循环泵关键零件再制造技术及涂层应用研究

再制造具有优质、高效、节能、节材及环保的特点,目前在机械制造领域已引起高度重视,脱硫循环泵关键零件的再制造具有十分显著的经济效益及节能、节材效果.本文在分析脱硫循环泵关键零件失效机理的基础上,介绍了循环泵关键零件在再制造中的主要工艺过程,重点阐述了循环泵关键零件表面强化时的热喷涂涂层的材料与制备工艺的选择.研究及使用表明：采用电弧堆焊与高分子陶瓷材料胶结能有效恢复叶轮的尺寸及形状;NiCrMoB自熔性合金喷熔层表现出优良的耐腐蚀性能与抗气蚀性能,其抗气蚀性能比Ni60喷熔层大约提高了70％.循环泵叶轮等零件再制造费用一般仅为新叶片的25％～30％,但其使用寿命优于新件,因此具有显著的经济效益和社会效益.     

航空发动机叶片叶尖耐磨封严涂层技术及其发展

航空发动机封严涂层体系是控制其转子和静止件间隙的主要措施,其中叶片叶尖耐磨封严涂层可以使叶尖在与机匣或外环块封严结构或涂层刮擦时得到保护,并达到缝隙最小化的设计要求.本文综述了国内外叶片叶尖耐磨封严涂层的材料组成、制备工艺、应用及其优缺点,简述了国内耐磨封严涂层技术现状及发展要求,提出了针对新型高性能航空发动机的发展迫...     

Tensile Behavior of Air Plasma Spray MCrAlY Coatings: Role of High Temperature Agings and Process Defects

Metallurgical and Materials Transactions A - $$\beta $$-$$\gamma $$ MCrAlY coatings generally exhibit a brittle mechanical behavior below 600 °C. When exposed at elevated temperatures, the...     

MCrAlY高温第二类热盐腐蚀行为研究

本文针对五种MCrAlY材料进行了700℃的热盐腐蚀试验,通过对材料表面、腐蚀产物、腐蚀截面、腐蚀失重等方面进行分析,研究Co、Cr、Al等MCrAlY的基本元素对700℃下含硫热腐蚀的影响。结果表明,700℃下,腐蚀产物以氧化铬、氧化铝为主,伴随少量尖晶石生成。腐蚀以网状氧化铝形貌向深处蔓延,网状氧化铝的附近往往伴随硫化铬的生成。Co、Cr为抗热盐腐蚀的有益元素,其中,Cr对抗700℃热盐腐蚀的提升作用优于Co元素。