一种镍基定向凝固高温合金与陶瓷铸模的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段研究了某镍基定向凝固高温合金与SiO_2基陶瓷型壳以及Al_2O_3基陶瓷型芯的界面反应。实验结果表明,该镍基定向凝固合金与SiO_2基陶瓷型壳会发生较严重的界面反应,在合金与SiO_2基型壳之间有一层约3~5μm厚的白色HfO_2层和一层稀薄的Al_2O_3层,反应产物的富集可以抑制界面反应的进一步进行;而与Al_2O_3基型芯几乎不发生界面反应,只有微量的HfO_2在界面处零星分布。同时,这一结果符合了界面反应的热力学关系。虽然Al_2O_3基型芯能有效减少界面反应,但Al_2O_3基型芯存在较多的空隙,合金熔液在凝固时渗入其中增加了合金表面的粗糙度,提高Al_2O_3基铸型的致密度有利于提高合金铸件表面品质。     

高温合金定向凝固用陶瓷型壳的铸型反应和导热性

介绍了陶瓷型壳和高温合金中的活性元素发生的化学反应,重点描述了陶瓷型壳中的SiO2和Al2O3与合金元素中的Nd、Hf、C、Al、Cr等的化学反应状况,由于非硅基粘结剂不含易于反应的SiO2,从而降低或消除铸型反应.此外,在陶瓷型壳中涂高辐射率涂层、添加金属氧化物和导热体等方法可以提高定向凝固过程中固-液界面凝固前沿的温度梯度.     

短切碳纤维对型壳线收缩率与高温自重变形的影响

在镍基高温合金单晶叶片精密铸造用型壳中添加短切碳纤维,制备了短切碳纤维改性复合型壳,研究了纤维含量对型壳中温、高温线收缩率及高温自重变形的影响。结果表明:随着碳纤维含量的增加,型壳试样的中温、高温线收缩率均减小,型壳试样的高温线收缩率显著大于型壳中温线收缩率;添加短切碳纤维对型壳抵抗高温变形的能力都有一定的提升,随着碳纤维含量的增加,型壳试样的高温自重变形率先减小后增大。碳纤维含量为4 g/L时,型壳的高温自重变形率最低,降至0.81%。     

高温合金熔化焊焊接性的研究进展

综述镍基高温合金和钴基高温合金熔化焊的研究现状,并阐述了焊接裂纹形成机理以及焊接工艺和合金成分对其焊接性的影响.镍基高温合金可以通过调整合金成分、析出相和晶界形貌、焊接工艺等来提高其焊接性.与沉淀强化型镍基高温合金相比,固溶强化钴基合金焊接性能良好,展现出良好的界面熔合性和较高的抗裂纹敏感性.新型沉淀强化钴基合金中γ/...     

Y合金化对电热丝用镍基高温合金显微组织与性能的影响

采用Y合金化的方法制备了电热丝用镍基高温合金,研究了Y含量对合金显微组织、高温力学性能和高温氧化性能的影响。结果表明,未添加Y的镍基高温合金的平均晶粒尺寸约为113μm,且在合金基体组织中出现较多孪晶,在晶界处存在不连续分布的链状析出物;当向镍基高温合金中添加Y后,晶粒尺寸有所减小;随着镍基高温合金中Y含量的增加,抗拉强度、屈服强度和显微硬度呈现先上升而后降低的趋势,且Y合金化的镍基高温合金的强度和显微硬度都要高于未添加Y的合金,而断后伸长率和断面收缩率相比未添加Y的镍基合金变化幅度不大;添加Y的镍基高温合金的氧化质量增加和氧化膜脱落要相对未添加Y的镍基高温合金较轻。     

镍基高温合金锻造新工艺的开发与应用

阐述了镍基高温合金的热加工特性,开发了一种锻造新工艺。采用推钢式加热炉和电加热室式炉对镍基高温合金坯料进行加热,采用电液锤作为镍基高温合金锻造的主要设备,可锻造宽高比达到8的镍基高温合金板坯。     

镍基高温合金Inconel718微铣削毛刺试验研究

基于微小型机床的微铣削(Micro-milling)技术是加工镍基高温合金微小结构/零件的可行技术手段。文章通过镍基高温合金微铣削加工实验,利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对刀具的磨、破损形态及局部化学成分和槽的表面形貌进行了研究分析,发现镍基高温合金微铣削毛刺形貌及成因与镍基高温合金传统切削或其他材料微铣削具有很大不同:首先,毛刺长度过长;其次,刀具磨损对鳞刺的产生有很大影响;鳞刺只出现在槽的一侧边界。在实验研究基础上,分析了毛刺的成因,为后续镍基高温合金微铣削毛刺的有效抑制研究提供参考。     

应变幅和相角度对热障涂层材料系统热机械疲劳性能的影响（英文）

热障涂层作为燃气轮机高温部件的关键材料,其服役过程中的脱落与失效机理一直是研究的热点问题。研究了应变幅和相角度对含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳性能的影响。研究结果表明,在相同相角度下,热机械疲劳寿命随应变幅的增大而降低。固定应变幅,同相位下样品的热机械疲劳寿命要高于反相位样品。所有样品中,裂纹萌生于热生长氧化物层,在粘结层与陶瓷层界面扩展形成分层裂纹,分层裂纹与陶瓷层内贯穿裂纹连接起来导致大面积的陶瓷层剥落,从而导致TBC层失效。另外,分析了热障涂层中的应力分布,初步建立了含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳寿命模型,发现含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳寿命与涂层中的最大应力呈指数关系。     

发动机涡轮叶片熔模铸造型壳温度场测量研究

为了测量某发动机镍基高温合金叶片熔模铸造过程中型壳的温度场,设计了测温试验方案,制备了测温型壳和测温线组并进行了测温试验。试验在真空、密闭和高温等条件下完成,获得了模组升温和保温过程中的温度场变化曲线。结果表明,所设计的测温方案是可行的,该方法可应用于类似环境下的温度测量。     

几种镍基高温合金的过冷能力和单晶可铸性的研究与比较

对6种镍基高温合金熔体在陶瓷型壳中的凝固行为进行了检测,得出了各种合金的液相线温度T_L、临界形核温度TN和临界形核过冷度ΔT_N=T_L-T_N,发现它们具有明显不同的过冷能力。在单晶叶片的铸造实验中,具有高过冷能力(高于40℃)的合金在宏观上抗杂晶能力最强,但容易形成枝晶碎臂微观缺陷。具有中等过冷能力(20～30℃)的合金,既能有效防止宏观杂晶缺陷的发生,又能避免微观碎晶的形成,显示出最佳的单晶可铸性。而具有很低过冷能力(低于10℃)的合金,抗杂晶能力非常弱,表现出很差的单晶可铸性。镍基高温合金具有相似的化学成分,却显示出明显不同的过冷能力和单晶可铸性,对其原因还需要做进一步的研究。     

铸造工艺对钛合金Ti5Al2.5Sn ELI铸态组织及性能的影响

Ti5Al2.5Sn ELI钛合金是航空航天等领域重要的结构材料。本工作采用3种铸型同炉浇注的方法研究了铸造工艺对该合金铸态组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,该合金石墨型铸造试样表面粗糙,陶瓷型和金属型的则较光滑;石墨型试样宏观组织为大量等轴晶和少量柱状晶,金属型的为少量等轴晶和大量柱状晶,陶瓷型的为粗大柱状晶和等轴晶;不同工艺下显微组织均由不规则边界α集束组成,其内部为片状α相,石墨型的α片宽度最小,金属型的次之,陶瓷型的最大;该合金铸态抗拉强度715~731 MPa、伸长率8%~15%,石墨型的伸长率最高,金属型的次之,陶瓷型的最低,铸造工艺对该合金塑性影响强烈,但对强度的影响较小;铸型表面形貌、导热系数、α集束大小及α片厚度的不同是上述现象产生的主要原因。     

激光重熔镍基合金热喷焊层组织及高温抗氧化性能的研究

利用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等测试手段,研究了经激光重熔前后的镍基合金热喷焊层的组织结构和抗高温氧化性能。试验结果表明,镍基合金热喷焊层组织比较粗大、不均匀,有疏松、气孔、夹杂等缺陷;经激光重熔处理后,其组织得到很大改善,主要由均匀、细小的树枝晶及枝晶间层片状共晶和化合物硬质相组成,气孔、夹杂等缺陷基本消除。镍基合金热喷焊层经激光重熔前后的氧化动力学曲线在600℃时均符合对数关系,而在800℃时则符合抛物线关系。经激光重熔处理的热喷焊层高温抗氧化性能得到了较大幅度的提高。     

钛铝合金精铸过程温度场与表面晶粒的关系研究

借助于试验及温度场模拟对TiAl合金精铸叶片表层晶体形态及其分布进行了研究,结果表明合金叶片表面晶体形态分布与凝固温度场分布有很大关系,随表面区域温度场的不同,表面晶体形态明显发生变化.同时发现表面晶粒度对浇注温度有较强的依赖性.     

基于泡沫模原型的消失模复合型壳制备工艺

利用发泡成型工艺制备高质量的泡沫模原型,在泡沫模表面制作2～3层硅溶胶-水玻璃复合陶瓷型壳,之后采用自硬水玻璃砂作陶瓷型壳背衬。陶瓷型壳在200～250℃保温30min失模及二氯甲烷溶剂溶失方式失模,焙烧工艺为800℃保温1h。结果表明,该制壳工艺简单、周期短、成本低,制得复合型壳表面光洁、强度高,并浇注出了质量较高的ZL101合金铸件。     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

Microstructure and bonding behavior on the interface of an induction-melted Ni-based alloy coating and AISI 4140 steel substrate

An induction-melted Ni-based alloy (NiCrBSi) coating on AISI 4140 steel was prepared using induction melting under different melting conditions. To determine the microstructure and bonding behavior of their interfaces, the techniques of micro-diffraction, X-ray mapping and wavelength dispersive spectrometry (WDS) were employed. The experimental results showed that a white zone appears on the Ni-based alloy side of the final interface, becoming wider and wider with increasing temperature and time, which was identified as a solid solution of γ-Ni at 1000 °C and 1180 °C. A higher heating temperature and time caused a more severe iron dilution in the Ni-based alloy and decreased the microhardness.     

纳米Al2O3-40％TlO2复相陶瓷颗粒增强镍基合金复合涂层的摩擦学性能

运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备Al2O3-40%TiO2纳米结构颗粒增强镍基合金复合涂层,分析其微观结构,研究其在不同载荷和速度条件下的摩擦磨损性能。结果表明：复合涂层主要由γ-Ni、α-Al2O3、γ-Al2O3和金红石型-TiO2等相组成,其摩擦因数和磨损失重较镍基合金涂层显著降低。在轻载3 N 时,复合涂层磨损表面的接触应力较低,主要发生微观切削磨损;当载荷上升至6~12 N时,接触应力高于磨损表面的弹性极限应力,复合涂层的磨损机理变为多次塑变磨损、微观脆性断裂磨损和磨粒磨损。随着速度的增大,磨损表面的接触温度逐渐升高,复合涂层以多次塑变磨损、疲劳磨损和粘着磨损为主。     

热处理对N80钢表面镍基合金涂层CO2腐蚀性能的影响

利用等离子热喷涂技术在N80钢表面制备了镍基合金涂层,并进行高温扩散处理。通过CO2高温高压腐蚀试验评价涂层在模拟油田环境中的耐蚀性能,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)方法分析了涂层的微观形貌和相组成。结果表明,镍基合金涂层由单质Ni相及固溶体Cr1.2Ni2.88、FeNi3、MoO2和CuO组成。经过600℃扩散处理后,涂层内原子结构更为致密。涂层的CO2高温高压腐蚀速率为0.0046mm/a,是原始涂层的1/100,具有优良的抗CO2高温高压腐蚀性能。     

热锻模膛MoSi_2增强镍基合金表面覆层试验研究

以W6Mo5Cr4V2高速钢为基体,在其表面利用MoSi_2陶瓷粉末配制的Ni基自熔性合金粉末进行高频感应加热熔覆,制得不同MoSi_2配比的Ni基合金覆层;对覆层横剖面进行微观组织分析和显微硬度测试,并对熔覆层的热物性参数进行测定及分析讨论.结果表明:MoSi_2含量为35%的粉块制得的增强Ni基覆层具有致密的组织结构,其硬度较基体有显著提高,界面结合良好,覆层获得较好的热物性参数值,对模膛起到强化作用.     

泡沫镍基合金材料制备及应用研究进展

泡沫镍合金是一种具有独特结构和性能的新型功能材料,重点阐述了多孔泡沫镍合金的制备方法和技术,并对各种方法的国内外发展现状进行了评述,分析和讨论了各种方法的优缺点。最后系统介绍了泡沫镍合金材料在高温过滤器、阻燃器、燃料电池载体材料、析氢电极等领域应用的优异性能,并展望其广阔的市场前景。