HCPEB作用下镀铝CoCrAlY涂层的表面微观结构状态

采用大气等离子喷涂在GH4169镍基高温合金表面沉积CoCrAlY涂层,利用电子束蒸发镀膜技术在涂层表面沉积纳米铝膜,分别对镀铝前后的涂层使用强流脉冲电子束进行辐照处理,对处理前后的涂层表面进行成分及结构分析.XRD结果显示,经过HCPEB轰击之后,涂层表面纳米铝膜重熔,钴类氧化物消失,新增铝相,且随着轰击次数增加,β-CoAl含量增加.结构分析表明,电子束轰击可以使原始涂层表面尖角、孔洞、夹杂等消失,形成非常致密的凸起胞状体纳米超细晶结构,有利于抑制腐蚀性气体的侵入,同时铝含量的增加有利于抗氧化性能的提高.     

CoCrAlY表面改性后热障涂层高温氧化及热震性能

采用大气等离子喷涂技术（APS）在镍基高温合金表面制备了CoCrAlY粘结层,利用电子束蒸发镀膜在CoCrAlY表面蒸镀纳米铝膜,并使用强流脉冲电子束熔敷纳米铝膜进行表面改性,最后使用APS在表面改性后的CoCrAlY表面沉积陶瓷层制备了热障涂层.在空气环境中对热障涂层进行高温氧化试验和热震试验.结果表明,CoCrAlY表面改性后热障涂层经1 050℃静态空气氧化后,界面处生成的热生长氧化物（TGO）具有较高的连续性和致密性,有效阻碍了氧化的进一步发展且避免尖角型氧化物的形成,提高了热障涂层的抗氧化能力;在1 050℃高温加热后10℃水淬热震条件下,脱落率仅为2%左右.     

γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为

采用磁控溅射和电弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备NiCrAlY/Al复合涂层,研究了复合涂层对提高γ-TiAl合金抗高温氧化性能的作用机理。经950℃恒温氧化100 h后,涂层表面未发现裂纹和脱落,涂层试样氧化增重值较基体大幅减小。对氧化层进行了SEM、EDS和XRD分析,结果表明无保护涂层的基体γ-TiAl合金表层疏松多孔,无法抵抗高温环境下氧气对基体合金的侵蚀。复合涂层表面的NiCrAlY镀层在氧化过程中形成了Cr2O3,α-Al2O3和β-NiAl相组成的致密防护涂层,阻隔了氧气与基体的接触,中间的Al层为表层持续生成Al2O3提供了Al源。NiCrAlY/Al复合涂层显著提高了基体在950℃下的抗高温氧化性能。     

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。     

超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层TGO生长的影响

采用超音速火焰喷涂方法在镍基高温合金(GH99)上制备了MCrAlY涂层,并进行超音速颗粒轰击处理,研究了超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层显微结构和热生长氧化物(TGO)的影响.结果表明,通过表面轰击处理,增加了涂层中Al元素的扩散通道;高温氧化过程中MCrAlY涂层表面很快形成连续致密的Al2O3膜,保护了Ni,Cr等元素避免被氧化,从而避免了Ni(Cr,Al)2O4,NiO等大颗粒氧化物的生成;这样减少了涂层中的裂纹产生和扩展的可能性,从而提高涂层抗高温氧化性能.     

阴极弧离子镀AlCrN涂层高温氧化后XPS分析

采用阴极弧离子镀方法在Ti C基金属陶瓷刀具表面沉积了Al Cr N涂层,进行了900℃下2 h高温氧化试验。通过SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析了Al Cr N涂层高温氧化前后表面形貌、元素组成、物相组成及元素结合能,并讨论了Al Cr N涂层高温氧化及失效机理。结果表明,氧化前Al Cr N涂层由Al N、Cr N和Cr2N物相组成,其中Cr N表现出(200)的择优取向,氧化后其物相转变为抗高温的Al2O3、Cr3O4和Ti4O3氧化物;氧化前Al Cr N涂层中Al和N以Al—N键、Cr和N以Cr—N键存在,氧化后Al与O以Al—O键、Cr与O以Cr—O键方式存在,在涂层-基体结合界面处形成了致密的扩散层。     

扩散铝涂层的制备及其对γ-TiAl基体的防护

采用电弧离子镀在γ-TiAl基体上镀铝后进行扩散处理,制备出了扩散铝涂层,涂层与基体结合良好,无贯穿性裂纹,EDX和XRD分析表明涂层由厚的TiAl3外层和薄的TiAl2内层构成．900℃空气中的高温氧化实验结果显示：γ-TiAl氧化后生成了疏松多层的Ti和Al氧化物的混合物,其抗高温氧化性能很差;施加扩散铝涂层后,高温下生成了一层连续致密的Al2O3膜,抗氧化性能显著提高,同时讨论了涂层的氧化和退化机制．     

激光喷丸强化CoCrAlY防护涂层的抗高温氧化性能

利用大气等离子喷涂(air plasma spraying, APS)技术在镍基高温合金表面制备CoCrAlY涂层,在此基础上采用电子束真空蒸镀(electric beam vacuum deposition, EBVD)方法在涂层表面进一步沉积铝膜,以提高涂层表面Al元素含量。采用激光喷丸(laser peening, LP)工艺分别对以上2种涂层进行强化处理。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对比分析LP强化前后CoCrAlY涂层表面相结构、微观形貌及成分变化。微观结构分析表明,LP处理后APS-CoCrAlY涂层表面粗糙度降低,组织致密性增加;镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后,表面Al含量明显增加,β-CoAl相含量提高,且涂层表面晶粒得到细化。1050℃抗高温氧化实验结果表明,LP处理涂层表面形成的氧化膜较原始涂层更加平整、致密,且氧化膜厚度明显变薄;此外,镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后的抗高温氧化性能最优。     

水蒸气对NiCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

采用热重分析及现代表面分析方法研究了低压等离子喷涂Ni CrAlY涂层在纯氧以及含5%水蒸气的O2中的高温氧化行为,结果表明：在纯氧的氧化环境中 ,NiCrAlY涂层氧化动力学遵循抛物线规律,在含有5％的水蒸气的O2中,NiCrAlY涂层在氧 化至110 h后氧化动力学几乎呈直线规律.XRD及SEM分析显示,NiCrAlY涂层在O2中氧化180 h后,表面形成一层致密的Al2O3;而在含5%水蒸气的O2中氧化180 h后表面氧化层中 除了有Al2O3外,还有NiO和Cr2O3.其原因在于水蒸气中的氢在氧化物中的溶解,致 使Ni2+扩散 速度增加,使氧化层变得疏松,降低其抗氧化性.     

GH80A经强流脉冲电子束改性后的高温氧化行为研究

目的 提高燃气轮机叶片材料镍基高温合金GH80A的抗高温氧化性能。方法 利用强流脉冲电子束（High-Current Pulsed Electron Beam, HCPEB）技术对GH80A合金进行表面处理。研究HCPEB辐照前后GH80A的微观结构变化及在850 ℃恒温氧化后的氧化动力学行为及氧化机制。利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HCPEB诱发的微观结构和氧化产物进行了表征。结果 HCPEB辐照后,GH80A合金表面发生熔化,形成厚约3 μm的重熔层,重熔层内形成大量的位错滑移,且晶粒明显得到细化。850 ℃高温氧化实验结果表明,氧化100 h后,原始样品氧化增重最大,生成的氧化膜较厚,且存在大量裂纹,所生成的Cr2O3发生了挥发,导致氧化膜疏松多孔,基体发生了严重的内氧化。HCPEB辐照20次后,样品氧化增重最小,100 h氧化后形成的氧化膜主要由外层TiO2和内层Cr2O3构成。外层连续致密的TiO2抑制了保护性氧化膜Cr2O3的挥发,因此生成的Cr2O3氧化膜连续、致密、无剥落,对基体起保护作用。结论 HCPEB辐照后,GH80A合金的抗高温氧化性能明显提升,20次辐照样品的抗高温氧化性能最佳。     

NiAl微晶涂层对两种NiAl基共晶合金高温氧化性能的影响

研究了磁控溅NiAl微晶涂层对NiAl－28Cr-5Mo-1Hf和NiAl－33.5Cr-0.5Zr两种共晶合金在1000－1150℃静态空气中氧化性能的影响，添加Cr,Mo,Hf,Zr等元素使NiAl合金由单相转变为多相结构，高温氧化后表面分别形成抗氧化性能较差的Al2O3 CrO3 HfO2和Al2O3 Cr2O3 ZrO2复合氧化膜，并且发生严重的内氧化。施加NiAl微晶涂层后，高温下表面形成致密的单一氧化物Al2O3，抗氧化性能得到明显提高。     

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。     

强流脉冲电子束作用下等离子喷涂CoCrAlY涂层热腐蚀性能

利用强流脉冲电子束技术(HCPEB)对大气等离子喷涂(APS)CoCrAlY涂层表面进行辐照处理,对HCPEB诱发的微观结构进行详细表征,并考察HCPEB处理前后样品表面在1050℃混合盐Na_2SO_4/NaCl(质量比3:1)条件下的抗热腐蚀性能。结果表明:HCPEB辐照后原始涂层表面热喷涂结构缺陷消失,表面发生重熔,形成连续的鼓包状结构,且随着辐照次数的增加,重熔层厚度和鼓包状结构的尺寸逐渐增加。30次辐照处理后涂层表面形成大量的Y富集Al_2O_3颗粒和超细晶结构。热腐蚀试验结果表明,原始涂层抗热腐蚀性能较差,热腐蚀20 h后腐蚀产物发生散裂,腐蚀层深度可到20μm,且涂层内部存在严重的内氧化和硫化。相比之下,经辐照处理涂层的腐蚀层深度仅有几个微米,且相对较为连续致密。HCPEB辐照带来的辐照效应促进热腐蚀过程中涂层表面保护性氧化膜的快速形成,有效阻挡熔盐的侵蚀,显著提高CoCrAlY涂层的抗热腐蚀性能。     

钛合金用Ti0.75Al0.25N防护涂层的制备与抗氧化性能

采用真空电弧离子镀技术在TC11钛合金基片上制备Ti0.75 Al0.25 N防护涂层,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、俄歇能谱分析仪(AES)、X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了涂层在空气中650～800℃范围内的热防护性能.结果表明,在给定的温度范围内,涂层可有效降低合金的氧化增重;XPS分析表明,表层富Al氧化物以α-Al2O3的形式存在;AES深度分析表明,元素的扩散出现台阶状分布,外层富Al、O,内层富Ti、N,高温氧化时,Al的选择性氧化形成致密的Al2O3层可以阻止基体与外界氧介质的通道,这是涂层防护钛合金具有良好高温性能的原因.     

强流脉冲电子束表面改性FeCrAl涂层的显微组织及耐高温腐蚀性能研究

目的改善FeCrAl涂层表面组织,提高其耐高温盐溶液腐蚀性能。方法用电弧喷涂方法在45碳钢表面制备FeCrAl(Cr 25.5%,Al 5.5%,Fe余量)涂层。用强流脉冲电子束(HCPEB)对FeCrAl涂层进行表面改性处理,工作参数为:脉冲宽度200μs,能量密度分别为20、25、30、40 J/cm^2。处理脉冲次数均为1次。通过金相显微镜和扫描电子显微镜对改性层形貌进行分析,通过电子探针方法测量改性前后涂层中Fe、Cr、Al和O元素的分布变化,利用X射线衍射分析对比改性层的相成分组成。在温度650℃下,以Na2SO4+K2SO4饱和盐溶液为腐蚀介质,测试FeCrAl涂层的高温腐蚀性能,并对腐蚀表面形貌进行分析。结果HCPEB处理FeCrAl涂层发生表层重熔,原始粗糙疏松的涂层组织变得光滑致密,表面出现分离的球冠状凸起,凸起内部由排列紧密的Fe-Cr柱状晶组成,Al元素向凸起结构的表面和周围凹陷处聚集。随HCPEB处理能量密度增大,凸起结构尺寸增加,涂层表面的Fe2O3相消失,α-Al2O3相含量增多。经120h高温腐蚀后,原始涂层腐蚀增重63.8 mg/cm^2,HCPEB能量密度20 J/cm^2处理的样品腐蚀增重51 mg/cm^2。结论使用HCPEB在脉冲宽度200μs和能量密度20 J/cm^2下处理FeCrAl涂层后,其高温腐蚀增重较原始涂层减少20%,而使用过高的HCPEB能量密度处理会导致FeCrAl涂层表面结构和耐高温腐蚀性能变差。     

TiAl合金激光熔覆复合材料涂层的高温抗氧化性能研究

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对γ-TiAl合金（简称TiAl合金）进行激光熔覆处理，制得了以Cr7C3、TiC硬质相为耐磨增强相，以γ-NiCrAl镍基固溶体为基体的复合材料涂层，研究了原始TiAl合金和激光熔覆涂层的高温（1000℃）恒温氧化性能。结果表明：激光熔覆复合材料涂层在1000℃恒温氧化条件下具有较好的抗氧化性能，氧化层结构较连续致密，在组成上主要由Al2O3、Cr2O3和TiO2组成，原始TiAl合金的高温氧化产物表层主要由脆性疏松的TiO2组成，而亚表层则为（TiO2＋α—Al2O3）的混合氧化物，表现出较差的高温抗氧化性能。     

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。     

Al涂层对γ-TiAl合金高温抗氧化能力的影响

研究了多弧离子镀铝对γ-TiAl合金850℃、950℃恒温氧化性能的影响,同时分析讨论了镀铝层的氧化机制.结果表明:多弧离子镀铝后,形成的纯铝涂层均匀致密,无裂纹、孔洞,与基体结合良好.静态空气中,850℃氧化100 h后,形成了连续致密的Al2O3膜层及扩散层TiAl3相;950℃氧化100 h后,表面氧化膜由Al2O3及少量的TiO2组成,膜层中TiAl2为主要成膜相.多弧离子镀铝有效地提高了γ-TiAl合金高温抗氧化性能.     

激光喷丸强化CoCrAlY防护涂层 抗高温氧化性能研究

利用大气等离子喷涂(Air Plasma Spraying,APS)技术在镍基高温合金表面制备CoCrAlY涂层,在此基础上采用电子束真空蒸镀(Electric Beam Vacuum Deposition,EBVD)技术在涂层表面进一步沉积铝膜,以提高涂层表面Al元素含量。采用激光喷丸(Laser Peening,LP)技术分别对以上两种涂层进行强化处理。采用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(Scanning Election Microscope,SEM)对比分析LP冲击前后CoCrAlY涂层表面相结构、微观形貌及成分变化。微观结构分析表明,LP处理后APS-CoCrAlY涂层表面粗糙度降低,组织致密性增加;镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后,表面Al含量明显增加,β-CoAl相含量提高,且涂层表面晶粒得到细化。1050 ℃抗高温氧化实验结果表明,LP处理涂层表面形成的氧化膜较原始涂层更加平整、致密,且氧化膜厚度明显变薄;此外,镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后的抗高温氧化性能最优。     

常温腐蚀对Al- Si涂层循环氧化行为的影响

研究常温腐蚀对镍基高温合金表面Al-Si防护涂层循环氧化行为的影响 .结果表明涂层在常温腐蚀后 ,涂层表面粗糙化 ,表层Al含量明显下降 .在循环氧化过程中不仅涂层内出现γ′ Ni3 Al相的时间明显提前 ,而且涂层表面Al2 O3 膜更易剥落 ,从而降低了涂层的抗循环氧化能力 ,缩短了涂层的寿命