电弧离子镀TiC扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在NiCrAlY涂层与镍基高温合金(DD3合金)之间沉积TiC薄膜作为扩散障层,研究了TiC对NiCrAlY涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:TiC有效阻滞DD3基体与涂层之间的元素互扩散,提高了NiCrAlY涂层和DD3合金的抗高温氧化性能。     

镍基高温合金Pt/Si共改性铝化物涂层的制备及抗高温氧化性能

为研究Si元素对Pt改性铝化物涂层抗高温氧化性能的影响规律,利用电镀Pt和Al-Si共渗包埋法制备出一种Pt/Si共改性铝化物涂层,对涂层进行了1 000℃恒温氧化试验,并采用XRD、SEM、EDS分析了涂层氧化前后的组织结构。结果表明:在Pt改性铝化物涂层中添加Si元素可以降低涂层表面的孔洞,使涂层更加致密、均匀;2种涂层在1 000℃温度下氧化300 h后均有大量的β-(Ni,Pt)Al相残留,依然具备保护基体的作用;Si元素一方面可以降低涂层与基体的互扩散速率,另一方面却加剧了涂层表面氧化皮的剥落;综合看来Si对Pt改性铝化物涂层的抗高温氧化性能提高效果不明显。     

0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

NiCoCrAlYHf涂层与一种Ni基单晶高温合金循环氧化行为研究

在第三代Ni基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYHf(HY5)高温抗氧化涂层,采用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段,对涂层表面及界面进行组织形貌观察和相结构分析,研究涂层试样的循环氧化动力学和元素互扩散行为。结果表明:采用真空电弧镀(AIP)方法制备的HY5涂层,提高了单晶高温合金的循环抗氧化能力;在1100℃大气环境中扩散600h后,涂覆HY5涂层的单晶高温合金基体中形成了互扩散区IDZ,互扩散主要由Cr,Ni元素从基体向高温抗氧化涂层的外扩散以及Al元素从高温抗氧化涂层向基体的内扩散构成;在涂层下方60μm左右有拓扑密堆相TCP析出,并形成二次反应区SRZ。     

高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响

采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ′相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。     

发动机用TiAl表面双辉等离子制备W-Mo合金层及其高温氧化行为

目前采用双辉等离子表面合金化技术在TiAl合金表面制备W-Mo涂层的研究不多。通过SEM与XRD等测试手段,研究双辉等离子表面合金化技术在TiAl基体表面制得的W-Mo合金涂层在780℃温度下的氧化行为。研究结果表明:W-Mo改性合金在初期氧化阶段快速氧化增重,经过100 h氧化后,试样增重5.2 mg/cm2,有效改善了TiAl基体的高温抗氧化性能。W-Mo合金涂层对氧气扩散起到阻碍作用,使TiAl基体抗高温氧化性能获得显著提升。氧化处理后合金涂层表面未发生改变,形成了致密、均匀的氧化膜层。TiAl基体经100 h氧化后表面氧化膜主要是一种柱状晶结构,TiAl基体氧化产物包括金红石型TiO2以及刚玉2种成分。     

Nb/NbCr_2合金表面硅化物涂层的高温抗氧化性能

用扩散渗法在Nb/NbCr2合金表面制备硅化物涂层,研究了基体合金和涂层在1250℃的氧化行为。结果表明:在Nb/NbCr2合金表面渗Si所得硅化物涂层由(Nb,Cr)Si2和(Cr,Nb)Si2两相组成,过渡层为(Nb,Cr)5Si3,涂层的生长动力学服从抛物线规律。基体合金在1250℃氧化形成的氧化膜为Nb2O5和CrNbO4交替分布的疏松组织,与基体有剥离现象。渗Si涂层在1250℃氧化形成的氧化膜较为致密完整,与残留涂层结合良好,为SiO2和CrNbO4混合氧化膜,改善了合金的高温抗氧化性能。     

Fe-5Cr合金表面溶胶-凝胶复合涂层的抗高温腐蚀性能研究

在含氧化铝-氧化钇纳米粒子的胶体中添加氧化铝的微米粒子,借助高能球磨机研磨,将纳米或微米陶瓷粉末均匀地分散在溶胶-凝胶溶液中形成涂覆液;采用浸渍提拉法将溶胶-凝胶涂覆液沉积在Fe-5Cr合金基体表面上,然后通过烧结得到厚的陶瓷涂层。利用SEM及EDS对涂层进行了结构、成分以及表面形貌的分析,用XRD技术对涂层表面的相组成进行了分析。采用氧化增重法研究了Fe-5Cr合金基体材料及其涂层的抗高温氧化及硫化性能。研究结果表明,带有溶胶-凝胶复合涂层的试样在600℃下具有优异的抗高温氧化及较好的抗高温硫化性能。     

Ti_2AlNb基合金表面磁控溅射Al/Al_2O_3薄膜及扩散处理对其抗高温氧化性能的影响

为提高Ti2Al Nb合金的抗高温氧化性能,在Ti2AlNb合金表面磁控溅射Al/Al2O3薄膜,于真空退火炉内对其进行600℃,1 h扩散处理后,分别在650,750,850℃下氧化100 h。利用XRD,SEM,EDS技术对基体和扩散试样的相组成、微观形貌进行了分析;研究了Al/Al2O3薄膜扩散层的抗高温氧化性能及扩散处理对Al/Al2O3薄膜氧化动力学曲线的影响。结果表明:Al/Al2O3薄膜扩散层的氧化行为受氧离子渗入薄膜运动过程的控制,在高温条件下表层形成连续致密的Al2O3膜,使薄膜扩散层的氧化系数远低于基体,并且次表层的富铝相能有效阻止氧离子扩散通道的形成,减少基体与氧化性气体接触,从而显著提高Ti2Al Nb基合金的抗高温氧化性能。     

高温合金微晶涂层研究之进展

高温合金微晶涂层（晶粒尺寸＜1μm）是最近发展起来的一种全新的高温合金防护涂层。与传统的扩散型铝化物涂层、MCrAlY包覆涂层及YO3稳定的ZrO2陶瓷涂层（它们的特点是涂层与基体是由不同材料组成）完全不同，它可以采用与基体合金成分完全相同的微晶化合金进行自防护。这种涂层不仅具有良好的抗静态与循环氧化性能，而且与基体具有良好的相容性，从而避免了传统涂层由于长期使用后，涂层与基体间的互扩散引起的孔洞及形成的有害相等。     

Microstructural study of aluminide surface coatings on single crystal nickel base superalloy substrates

Abstract

Aluminide diffusion coatings are frequently employed to enhance the oxidation resistance of nickel base superalloys. However, there is a concern that the presence of an aluminide coating could influence the properties of the coated superalloy, especially in respect of fatigue behaviour. To understand the nature of the effects of surface coatings on the fatigue properties of superalloys, an understanding of microstructural development within both the coating and the coating/substrate interfacial zone during high temperature fatigue testing is necessary. This paper is concerned with microstructural changes in aluminide diffusion coatings on single crystal γ′ strengthened superalloy substrates during the course of high temperature fatigue testing. The ‘edge on’ transmission electron microscopy technique is employed to study cross-sections of two stage (aluminisation plus diffusion treatment) coated superalloy samples. The paper examines the degradation of the coating produced by phase transformations induced by loss of aluminium from the coating and/or aging of the coating. Aluminium removal both by interdiffusion with the substrate and by oxidation of the coating surface is considered. Microstructural development in the portion of the substrate influenced by interdiffusion with the coating is also discussed.

MST/1694     

Al2O3对氩弧熔覆Fe-Si金属间化合物涂层组织及性能的影响

目前Fe-Si涂层的相关研究较少。为制备Fe-Si金属间化合物复合涂层并改善其力学性能,采用氮弧.熔覆原位合成的方法在Q235钢表面制备Fe-Si涂层和Fe-Si/Al2O3金属间化合物复合涂层,利用金相电子显微镜、X射线衍射仪(XRD)、冲蚀磨损试验机、高温氧化炉等设备对涂层的显微组织、耐冲蚀磨损性能和抗高温氧化性能进行测试与分析。结果表明:Fe-Si熔覆层由Fe3Si和FeSi相构成,添加A12O3后熔覆层除存在Fe3Si,FeSi外还有AI2O3相产生;Fe-Si/Al2O3熔覆层耐冲蚀磨损性优于Fe-Si熔覆层,最高为基体的4.65倍;熔覆层的耐高温氧化性能相对基体明显提高,在800℃下Fe-Si熔覆层和Fe-Si/Al2O3熔覆层相比于基体分别提高了5.50和5.83倍。     

Oxidation resistance of diffusion coatings formed by pack-codeposition of Al and Si on γ-TiAl

Oxidation resistance of the aluminide and silicide diffusion coatings pack-deposited on -TiAl were studied in air over the temperature range of 800 and 850°C for up to 4596 h. The oxidation kinetics of the coatings was monitored by intermittent weight gain measurement at room temperature. The XRD and SEM/EDS techniques were used to identify the oxide scales formed during the oxidation process and to assess the thermal stability of the coatings at the oxidising temperatures. It was revealed that the TiAl₃ coating underwent preferential Al oxidation to form the Al₂O₃ scale in the early oxidation stage, which resulted in Al depletion and formation of TiAl₂ in the subsurface of the coating. The Al depletion could not be sufficiently compensated by Al diffusion from the inner layer of the coating and eventually, in the late oxidation stage, led to the Ti oxidation and formation of the TiO₂ phase in the scale. The preferential Si oxidation was the main oxidation mechanism for the coatings with an outer silicide layer and an inner TiAl₃ layer with the formation of SiO₂ as the stable oxide scale. The thermal stability of the coatings over the temperature range up to 850°C was discussed in relation to the high-temperature stability of diffusion couples of different coating layers.     

High temperature behavior of diffusion aluminide coating on alloy 600 superalloy

Diffusion coatings are well developed for protection of nickel-based superalloys in hot and corrosive atmospheres. In the present study, aluminide coatings are produced on an alloy 600 substrate via dipping in molten aluminium. The coatings have a two-layered structure containing a dense and compact inner layer across with a porous outer layer. Thermal oxidation and hot corrosion tests showed increased resistance by production of diffusion coatings on the superalloy. Increasing the dipping time had a positive effect on the high temperature resistance of the coated alloy.     

M38合金表面防护涂层的热腐蚀行为

通过粉末包埋渗的方法在M38高温合金表面制备了4种改性铝化物涂层：NiCr-CrAI、Al-Si、Al-Ti和Co-Al涂层,对比研究了4种涂层在900℃下的涂盐（25％NaCl＋75％Na2SO4质量分数）热腐蚀行为。结果表明,4种改性的铝化物涂层中Al-Ti涂层抗热腐蚀性最好,腐蚀产物连续、致密;Al-Si涂层与Al-Ti涂层抗热腐蚀性相当,但腐蚀表面有局部剥落现象、氧化较严重;Co-Al涂层和NiCr—CrAl涂层抗热腐蚀性能依次降低,其中Co-Al涂层裂纹较严重,NiCr-CrAl涂层氧化较严重。     

HP40Nb钢热浸镀Al-Si高温氧化行为及组织研究

为提高高温抗氧化性能,对HP40Nb钢进行了热浸镀Al-10%(质量分数)Si,并进行不同温度扩散处理,研究了不同扩散处理试样在1000℃条件下的高温氧化行为,通过SEM,EDS和XRD分析了经不同扩散处理后的渗层在高温氧化过程中的组织结构变化.结果表明:经800℃/4h扩散处理,渗层由内层(NiAl+ Cr3 Si)...     

NbSi基原位复合材料表面包埋渗制备SiCrY共渗涂层

通过热力学计算分析了分别使用NH₄Cl和CrCl₃·6H₂O两种不同激活剂时, 各个共渗元素的卤化物蒸汽压分压的变化, 得到了实现Nb-Si基原位复合材料上Si-Cr-Y三元包埋共渗的最佳条件。采用包埋共渗法在Nb-Si基原位复合材料表面制备了Si-Cr-Y共渗涂层, 研究了涂层的组织形貌、 成分及其相组成。结果表明: 使用NH₄Cl做激活剂, 通过调整包埋渗料的成分, 可以在适当的温度下实现Si-Cr-Y的三元共渗。当渗料成分为12Cr-6Si-0.75Y₂O₃-5NH₄Cl-76.25Al₂O₃(质量分数)时, 在1350℃可以实现Si-Cr-Y三元共渗。制备的涂层具有多层结构, 分为外层、 内层和明显的互扩散层。互扩散层的存在, 表明涂层的形成是一个连续生长过程, 伴随着Cr、 Si、 Y元素向基体内的扩散。涂层的主要成分由Cr₂(Nb,Ti)、 (Nb,Ti)₅Si₃和HfSi₂组成, Y元素的添加起到了细化涂层的作用。     

Y_2O_3对铌硅化物基超高温合金硅化物渗层组织的影响

采用包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备了Si-Y2O3共渗层,共渗温度为1050℃,共渗时间为10h。利用SEM,EDS和XRD等方法分析了渗剂中Y2O3添加量对渗层结构、组织形貌及其成分分布的影响,并与相同包埋渗温度和时间下单独渗Si渗层的组织进行了对比。结果表明:在渗剂中添加不同含量Y2O3后的渗层具有相似的结构,均具有明显分层的结构,由外至内依次为(Nb,X)Si2(X表示Ti,Hf和Cr)层,(Nb,X)5Si3过渡层和富Al扩散区。与单独渗Si渗层相比,渗剂中添加Y2O3没有改变渗层表层的相组成,但抑制了渗层中孔洞的产生,使相同包埋渗温度和时间处理后Si-Y2O3共渗层的组织较单独渗Si渗层的更为致密。EDS能谱分析结果表明,Y在渗层中的分布是不均匀的,在靠近过渡层与基体界面处的Y含量较高,并由内向外逐渐递减。随渗剂中Y2O3含量增加,渗层中的平均Y含量出现先增加后降低的规律。当渗剂中Y2O3的加入量为1%~2%(质量分数)时,Y2O3具有明显的催渗作用。     

纳米SiCp增强NiCoCrAlY涂层的组织和抗氧化性能

为了研究纳米SiCp对NiCoCrAlY涂层的组织和抗氧化性能的影响,采用激光熔覆技术在镍基高温合金表面制备了4种不同含量纳米SiCp增强的NiCoCrAlY熔覆涂层,考察了它们的组织及其在1050℃下的等温氧化行为,并初步分析了纳米SiCp的影响机制.结果表明,加入纳米SiCp涂层的组织和抗氧化性能较未加纳米颗粒的涂层均得到了不同程度的改善.其中,添加质量分数1%的纳米SiCp对涂层组织和抗氧化性能的改善作用最为显著.纳米SiCp的加入,不仅改变了界面处的结晶形态,而且细化了熔覆层的组织.熔覆层组织的细化对提高涂层的抗氧化性能有着积极的作用.     

Degradation behaviour of sputtered Co–Al coatings on superalloy

Degradation behaviour of sputtered Co–Al coatings on Superni-718 substrate has been investigated. Cyclic high temperature oxidation tests were conducted on uncoated and coated samples at peak temperatures of 900 °C for up to 100 thermal cycles between the peak and room temperatures. The results showed that a dense scale formed on the coated samples during thermal cycling at the peak temperature of 900 °C. The external scale exhibited good spallation resistance during cyclic oxidation testing at both temperatures. The improvement in oxide scale spallation resistance is believed to be related to the fine-grained structure of the coating. Nanostructured Co–Al coatings on Superni-718 substrate were deposited by DC/RF magnetron sputtering. FE-SEM/EDS, AFM, and XRD were used to characterize the morphology and formation of different phases in the coatings, respectively. The Co–Al coating on superalloy substrate showed better performance of cyclic high temperature oxidation resistance due to its possession of β-CoAl phase as Al reservoir and the formation of Al₂O₃ and spinel phases such as CoCr₂O₄ and CoAl₂O₄ in scale. The oxidation results confirmed an improved oxidation resistance of the Co–Al coating on superalloy as compare to bare substrate in air at 900 °C temperature up to 100 cycles.