铂铝涂层高温氧化的影响因素研究

研究比较沉积热障涂层和无热障涂层的镍基高温合金铂改性铝化物涂层在900,1000和1100℃空气中高温氧化生成的氧化铝层表面形态和断面结构。发现低铂含量涂层氧化初期热生长层(TGO)表面有放射状裂纹形成和长大,造成氧化铝的局部脱落,并在TGO与铂铝涂层界面形成空洞。涂层900℃循环氧化300h后TGO内部均形成空洞。而在1100℃氧化时,TBC陶瓷层的存在改变了两种铂铝涂层TGO的内应力变化趋势,升高温度使TGO厚度迅速增大,涂层寿命迅速下降。     

CVD法制备铝化物涂层组织结构的温度依赖效应

铝化物涂层制备技术由于非视线性沉积优势广泛应用于燃气轮机关键热端部件上,可在部件外表面以及内腔表面制备抗氧化耐腐蚀铝化物涂层。涂层的组织结构是影响其服役性能的关键,然而如何调控铝化物涂层的组织结构从而获得理想性能的涂层是目前研究的难点问题。针对这一问题,研究了关键制备参数温度对铝化物涂层组织结构的影响作用。首先,采用化学气相沉积方法(CVD)在Mar-M247镍基高温合金表面制备了不同沉积温度下的铝化物涂层。然后,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及能谱分析仪(EDS)分析了铝化物涂层的显微组织结构、物相组成以及合金元素在涂层中的分布情况。结果表明,不同沉积温度下所得到的铝化物涂层均为双层结构,外层是富含Al元素的β-NiAl层,内层为富含拓扑密排相(TCP)的互扩散层;随着沉积温度的升高,β-NiAl层与互扩散层的厚度逐渐增加,两者与温度之间具有正相关关系。本研究揭示的温度参数对铝化物涂层组织结构的作用规律可为高性能CVD法铝化物涂层的制备提供参考。     

低碳钢表面抛丸加速制备纳米铝化物涂层的研究

将粉末包埋渗铝与抛丸过程相结合,在440-600℃相对较低的温度范围内,在低碳钢表面制备纳米结构的铝化物涂层.涂层为单层结构,均匀致密,呈现纳米结构特征,晶粒尺寸20nm左右.涂层由富铝相Fe-Al化合物组成,主要有η-Fe2Al5相和少量的θ-FeAl3相和β-FeAl相.合金球的冲击作用导致表面纳米化,加速表面原子扩散过程,使铝化物涂层可以在相对较低的温度下形成.     

DZ40M合金表面4种渗层的热腐蚀性能

在DZ38G高温合金表面制备了NiCr-CrAl、Co-Al、Al-Si和Al-Ti 4种改性的铝化物涂层,对比研究了4种涂层的组织结构和在900℃下的涂盐(25%NaCl+75%Na2SO4)热腐蚀行为。结果表明:在4种涂层中,Ti-Al涂层表面腐蚀产物连续致密,而且与基体结合紧密,表现出最优异的抗热腐蚀性能。     

高温合金Al-Si涂层抗高温氧化性能的研究

采用热扩散的方法 ,在K4 38高温合金表面制备了Al Si涂层。经 10 0 0℃× 5 0 0h高温氧化性能试验结果表明 ,K4 38镍基高温合金表面的涂层 ,在高温氧化过程中已转变成致密完整的α Al2 O3氧化层和富铝的 β NiAl和富镍的β NiAl化合物层 ,与基体金属的粘附性良好。Al Si涂层中Si元素的扩散和合理分布能有效的抑制β相的生长 ,延长涂层的退化速度 ,使涂层获得更佳的抗高温氧化性     

Pd-Ni-Al涂层的高温长期氧化行为

利用TGA，XRD，SEM／EDS等方法，研究了Pd改性铝化物涂层在900—1100℃的长期高温氧化行为．结果表明，在900-1100℃下，与简单铝化物涂层相比，β-(Ni，Pd)Al涂层具有较好的抗高温氧化性能．添加改性元素Pd加速了涂层表面的θ-Al2O3向α—Al2O3转变，有利于形成致密的保护膜；另外，Pd还促进了合金基体中Ti元素向涂层的表面以及氧化膜中扩散．     

简单/改性铝化物涂层的研究现状

航空发动机各部件高温结构材料在苛刻环境下服役时,会遭受严重的高温氧化和热腐蚀.在合金表面施加铝化物涂层后,高温下表面能够生成一层致密且生长缓慢的Al2O3氧化膜,从而隔绝腐蚀介质,以防止合金被快速氧化腐蚀.概述了铝化物涂层的优点,包括制备简单、成本低廉.重点综述了以Ni、Fe、Ti/TiAl为合金基体的铝化物涂层微观结构.涂层的微观结构主要由渗铝工艺、基材成分及后处理工艺等因素决定,渗铝工艺包括渗剂成分、渗铝温度和渗铝时间.在高温下渗铝,Al的活度较低,涂层主要以基体元素向外扩散形成外扩散型涂层为主;在低温下渗铝,Al的活度较高,涂层主要以Al向内扩散形成内扩散型涂层为主.还归纳了不同渗铝涂层在干燥空气和水蒸气环境中的高温氧化行为,阐述了水蒸气对铝化物涂层高温氧化行为的影响,比较了Ni-Al系和Fe-Al系涂层的抗高温氧化性能.同时介绍了Cr-Al、Si-Al和Pt-Al 3种改性铝化物涂层的研究进展,包括制备方法、微观结构及抗高温氧化和腐蚀性能.最后,展望并总结了高温防护涂层的发展趋势.     

不锈钢表面振动冲击加速渗铝工艺研究

研究了利用喷丸加速制备涂层技术,对1Cr18Ni9Ti不锈钢分别进行600℃×4、6和8 h渗铝处理,研究了1Cr18Ni9Ti试样的单位面积增重、Al涂层厚度、主要元素沿涂层截面的分布;并将不同温度下获得的铝化物涂层与空白试样一起进行了高温氧化测试实验(900℃×100 h)。结果表明,在较低的温度600℃和较短的时间4 h,可以在1Cr18Ni9Ti钢基体上形成35μm厚的铝化物涂层;但抗氧化性能测试结果却表明,振动渗制处理6 h获得的铝化物涂层性能优于处理4 h和8 h的涂层。     

4种改性的铝化物涂层对DZ38G合金热腐蚀性能的影响

在DZ38G高温合金表面制备了Ni Cr-Cr Al,Co-Al,Al-Si和Al-Ti 4种改性的铝化物涂层,对比研究了4种涂层的组织结构和在900℃下的涂盐(25%Na Cl(质量分数)+75%Na2SO4(质量分数))热腐蚀行为。结果表明:在4种涂层中,Al-Ti涂层表面腐蚀产物连续致密,而且与基体结合紧密,表现出最优异的抗热腐蚀性能。     

真空热处理对NiCrAlY涂层／钛合金基体体系的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在耐热钛合金(近TC6)基体表面沉积制备NiCrAIY涂层.通过OM、SEM与EDS、XRD分析研究不同真空热处理制度对NiCrAlY涂层/钛合金基体体系的影响.结果表明:经650℃真空热处理后,NiCrAlY涂层中开始有γ'-Ni3Al相析出,750℃时含量增加,870℃时含量明显减少;从650℃开始,NiCrAlY涂层/钛合金基体开始发生界面反应,随着温度的升高,界面分层并加厚同时出现裂纹,在870℃下,NiCrAlY涂层,钛合金基体界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、TiNi和Ti2Ni中间化合物层;在750℃下,主要发生了Ni、Ti元素的扩散,Cr元素在870℃开始发生扩散.当温度升高到950℃时,由于Ni、Ti元素大量互扩散导致宏观疏空带出现,同时在基体和界面反应层交界处出现裂纹,这些都将引起涂层的退化失效.     

硅改性铝化物涂层的CVD制备工艺

研究了CVD法制备硅改性铝化物涂层工艺。结果表明,采用先渗硅后渗铝的两步法工艺可在Inconel 718表面获得铝-硅涂层。铝-硅涂层分为明显的两层结构,内层富硅,外层富铝。硅的加入阻碍高温条件下Al原子的内扩散,并促进了试样表面Al2O3膜的生成。铝-硅涂层具有比单一的铝化物涂层更为优秀的耐高温氧化性能。     

T92钢表面铝化物涂层的组织演化

在高温下长时间暴露,钢材表面的渗铝层与母材之间容易发生元素互扩散,对母材组织产生影响,影响母材的力学性能。为研究超超临界机组用T92钢表面铝化物涂层的抗蒸汽氧化性能及组织演化特性,采用低温粉末包埋渗铝法在T92钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,并在650℃饱和蒸汽环境中进行热暴露试验,结合扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）观察及X射线衍射分析,研究铝化物涂层的氧化行为以及T92基体与铝化物涂层之间的扩散退化行为。研究结果表明：低温粉末包埋渗铝可在T92锅炉管内壁制备厚度约30.4μm的双层结构铝化物涂层,各层结构连续均匀且组织稳定,与母材呈冶金结合。在650℃、3 000 h饱和蒸汽氧化过程中,涂层表面生长厚度约0.3μm的α-Al2O3氧化膜。650℃长时热暴露过程中,Fe-Al金属间化合物始终是涂层的主要物相,但涂层由FeAl相向FeAl2相退化。铝化物涂层经长时间热暴露后组织退化,但仍具有优异的抗氧化性能,能够对T92钢提供很好的保护。     

Pd-Ni-Al涂层的高温短期氧化行为

在M38镍基高温合金上电镀Pd-20 mass%Ni合金，采用低压固体粉末包埋渗铝方法制备钯改性铝化物涂层，XRD分析表明，涂层主要由β-(Ni,Pd)Al相组成.利用TGA、SEM等方法，研究了涂层在800℃、900℃和1100℃的高温氧化行为表明，β-(Ni,Pd)Al涂层恒温氧化动力学遵循抛物线规律；1000℃氧化动力学则不遵循抛物线规律.在800℃和900℃下，β-(Ni,Pd)Al 涂层表面氧化产物包括α-Al2O3、θ-Al2O3和少量的γ-Al2O3；在1000℃下，涂层表面存在α-Al2O3和θ-Al2O3两种氧化物；在1100℃下，涂层表面氧化产物主要是α-Al2O3.此外，在各温度下涂层表面的氧化产物中都含有少量的TiO2，随着温度升高，其含量增加.     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

TC4合金表面高温氧化行为分析

利用多道次搅拌摩擦焊搭接技术在TC4钛合金表面形成450μm厚的铝涂层,并分别对基体和涂层试样进行大气环境下650℃的高温氧化实验,对其组织形貌进行分析。结果显示,利用搅拌摩擦焊得到的涂层与基体的中间层是厚度超过55μm的富Ti条带状组织,表层铝被氧化后能阻止氧原子向基体内部扩散,并促进中间层的形成。     

TC4钛合金表面Cr2AlC涂层的制备及高温氧化行为

目的为提高钛合金在高温条件下的服役性能,探索Cr_2AlC MAX相涂层对TC4钛合金高温氧化行为的影响。方法采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法,在TC4钛合金基体表面制备高纯度的Cr_2AlC MAX相涂层。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪,分析了Cr_2AlC涂层试样和TC4钛合金经750℃静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分,并采用分析天平测定了TC4钛合金和Cr_2AlC涂层试样在750℃静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果经750℃空气中氧化10 h后,TC4钛合金表面形成厚度达13μm的疏松团絮状TiO_2和Al_2O_3混合物氧化膜。而Cr_2AlC涂层表面能够形成以α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜,可有效阻止氧元素向内扩散。Cr_2AlC涂层试样在750℃空气中氧化90 h后的氧化增重仅为无涂层TC4钛合金在750℃空气中氧化10 h后的6.6%。结论 Cr_2AlC涂层具有优异的抗高温氧化性能,能够明显提高TC4钛合金的使用温度,使其氧化增重速率大幅降低。     

铌基超高温合金包埋渗铝改性硅化物涂层结构

利用包埋渗法在新型铌基超高温合金表面制备了铝改性的硅化物抗氧化涂层,分析了涂层的相组成、结构及其组织形成过程。涂层制备采用先在1150℃包埋渗硅4h,然后再于800-1000℃包埋渗铝4h的方法。结果表明：渗硅后涂层的相组成为（Nb,X）Si2（X代表Ti,Cr和Hf元素）;再于各温度包埋渗铝后,（Nb,X）Si2层中的平均铝含量随包埋渗铝温度的升高而增加,最高可达10.84at%;当包埋渗铝温度为860-1000℃时会在渗硅层与基体间形成新的铌铝金属间化合物层,且渗入（Nb,X）Si2层中的铝会在局部形成Nb3Si5Al2相。     

TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。     

铂含量对改性铝化物粘结层高温氧化和内应力的影响

研究镍基高温合金的热障涂层系统中不同铂含量的改性铝化物粘结层在1100℃空气中循环氧化和非连续氧化行为及生成的氧化铝层的内应力状态。发现在不同循环氧化条件下,铂铝粘结层表面都形成连续致密的α-Al2O3层,并且α-Al2O3具有相同的形态和相似的平均厚度。而在非连续氧化初期,Al2O3层热生长应力快速增大,在氧化至100h时内应力出现峰值。同时由于高含量铂促进Al元素的扩散从而改变了涂层力学性能,造成高含量铂涂层中表现较大的内应力,但铂含量不能影响Al2O3层中内应力曲线变化趋势。另外,低铂含量涂层γ′-Ni3Al多沿β-NiAl晶界生成,而高含量铂使涂层晶粒细化,导致γ′-Ni3Al相呈弥散分布生长,从而可以形成Al元素的"网"状快速扩散通道。     

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的耐高温性能

采用独立的高纯钛靶和铝靶,在TC4钛合金基材表面以电弧离子镀工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了钛合金基体和涂层热疲劳及氧化前后的表面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了氧化前后的表面成分变化,利用X射线衍射(XRD)分析了氧化前后的相结构。结果表明,TiAlN涂层表现出很好的高温抗氧化性能和热疲劳抗力,显著改善了TC4钛合金在高温环境下的使用性能。