电子束物理气相沉积热障涂层抗高温腐蚀性能的研究

对采用电子束物理气相沉积方法制备的MCrAlY涂层、双层结构热障涂层以及新型梯度结构热障涂层的高温氧化性能以及热腐蚀性能进行了研究。3种涂层均具有良好的抗高温氧化性能，但在950℃等温热腐蚀环境下，涂层的氧化速率加快，梯度热障涂层的增重小于NiCoAlY涂层，表明YSZ陶瓷层有助于提高NiCoAlY涂层的抗热腐蚀性能，但热循环寿命降低。     

MCrAlY涂层的研究进展

随着发动机的服役温度日益升高,工作环境日益恶劣,涡轮叶片极易在高温环境中氧化,大大降低了叶片的使用寿命。如何在低成本下制备保护性能好的高温防护涂层,是当前国内外研究的重点。MCrAlY包覆涂层可分为NiCrAlY涂层、CoCrAlY涂层和NiCoCrAlY涂层,这3类涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能较好,又有很好的塑韧性和抗热疲劳性能,因此可作为涂层或热障涂层的黏结层材料。综述了涂层中主要元素(Al、Cr、Co、Y)、掺杂合金元素(Ta、Re、Si、Pt)、涂层制备工艺和预处理工艺对MCrAlY涂层性能的研究进展。结果表明,可以通过调节MCrAlY涂层的成分来实现涂层性能的调控。向MCrAlY涂层中掺入Si、Ta和Re等活性元素,可显著提高涂层的抗高温氧化性能,以进一步提高发动机的工作效率和满足高温的工作环境需求。总结了采用细化涂层晶粒、掺杂纳米颗粒和制备梯度复合涂层等方法来提高MCrAlY涂层的抗氧化性能和抗腐蚀性能的研究现状,对MCrAlY涂层的发展趋势进行了展望。     

冷喷涂制备MCrAlY涂层的研究进展

综述了冷喷涂MCrAlY涂层的制备工艺、喷涂过程中微观组织演变、热生长氧化物(TGO)的组成、分布和预处理等对冷喷涂MCrAlY涂层的耐高温氧化性能的影响以及涂层的耐热腐蚀性能,并和其他热喷涂工艺制备的MCrAlY涂层进行了对比。指出了冷喷涂MCrAlY涂层在制备和性能方面的不足之处,并对其未来的发展进行了展望。     

PFBC烟气轮机涡轮叶片用MCrAlY溅射涂层性能

研究了两种适用于PFBC烟气轮机涡轮叶片的磁控溅射MCrAlY涂层的组织和性能.结果表明两种涂层都具有优良的抗高温氧化和抗热腐蚀性能,良好的抗急冷急热性能,涂层与基体合金的结合强度大于75MPa     

TiAl合金表面激光重熔MCrAlY涂层热腐蚀性能

采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了MCrAlY涂层,并用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了TiAl合金、等离子喷涂MCrAlY涂层及激光重熔MCrAlY涂层850℃下75%Na₂SO₄+25%NaCl(质量分数)混合盐浸泡热腐蚀性能,分析了不同试样的热腐蚀破坏机理,并讨论了激光重熔处理对涂层热腐蚀性能的影响.结果表明,等离子喷涂MCrAlY涂层能显著提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,经过激光重熔后可进一步提高其耐热腐蚀性能.MCrAlY涂层在高温熔盐中的热腐蚀发生的是表面氧化反应和内部硫化反应,主要生成Al₂O₃,Cr₂O₃,NiO,NiCr₂O₄,Ni₃S₂及CrS等腐蚀产物.     

热障涂层高熵合金粘结层材料研究进展

热障涂层是现代高性能航空发动机的关键材料和技术,能够显著提升热端部件(比如涡轮叶片)的工作温度,同时保护热端部件不受高温氧化和腐蚀。金属粘结层作为热障涂层的关键组成部分,直接决定了热障涂层体系的服役性能和寿命。然而,传统MCrAlY粘结层因为存在抗氧化性能不足、粘结层-基体互扩散严重以及高温强度不足等问题,导致服役温度不足1100℃,无法满足下一代超高温热障涂层的应用温度要求。基于传统MCrAlY粘结层中存在的关键问题,本团队提出高熵合金粘结层的设计思路,旨在突破传统粘结层的应用温度局限。本文重点介绍了Y/Hf-NiCoCrAlFe高熵合金的抗氧化与抗热腐蚀性能,同时也对此高熵合金粉体与粘结层的抗氧化性能进行了阐述,最后对高性能高熵合金粘结层的发展方向进行了展望。     

低碳钢表面电弧喷涂层FeNiCr/Cr_3C_2与NiCrTi的热腐蚀性能

采用高速电弧喷涂工艺在低碳钢基体表面制备了FeNiCr/Cr3C2和NiCrTi两种电弧喷涂涂层。通过光学显微镜对涂层的显微组织进行了观察研究。试验选用摩尔比为7：3的Na2SO4＋K2SO4饱和水溶液涂刷在涂层表面,在700℃的条件下进行了156 h的热腐蚀试验。通过腐蚀动力学测试对电弧喷涂涂层的抗热腐蚀性能进行了评估。采用了X射线衍射,扫描电镜和能谱分析技术对热腐蚀机理进行了探讨。结果表明,两种电弧喷涂涂层具有致密的层状结构,涂层中含有少量空隙。在涂层表面生成的连续致密的氧化膜使得NiCrTi涂层具有良好的抗热腐蚀性能。FeNiCr/Cr3C2涂层则遭受了较严重的氧化腐蚀和硫化腐蚀,并且有内硫化物析出,抗热腐蚀性能较差。     

熔盐成份对高温合金渗铝和渗铬层抗热腐蚀性能的影响

研究了熔盐成份对镍基高温合金上渗铝和渗铬层抗热腐蚀性能的影响。结果表明,在硫酸盐中,渗铬层具有良好的抗热腐蚀性能,而渗铝层的抗热腐蚀性能则与基体合金的成份有关。在硫酸盐中加入氯化钠对渗铬层的抗热蚀蚀性能影响很大,但对渗铝层的影响较小。在以氯化物为主的熔盐中,两者都不能提供有效的防护作用。     

涂层致密度对MCrAlY涂层氧化行为的影响

采用等离子弧喷涂工艺和超音速火焰喷涂工艺分别制备MCrAlY涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪等研究不同工艺条件下涂层的结构特征,并研究2种涂层在1050℃时的高温氧化行为。结果表明:超音速火焰喷涂工艺可以使MCrAlY涂层获得更高的致密度,在高温氧化过程中该涂层表面可以形成致密的Al2O3膜层,减少NiO,尖晶石类复杂氧化物的出现。同等离子弧喷涂工艺相比,超音速火焰喷涂工艺制备的MCrAlY涂层在高温氧化过程中表现出较小的增重速率和致密的氧化物结构,有利于热障涂层整体寿命的提升。     

激光重熔对TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响

分别采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了热障涂层,研究了两种涂层在850℃：下75％Na2SO4＋25％NaCl（质量分数）熔融盐中的热腐蚀行为,进而分析激光重熔工艺对等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明：激光重熔热障涂层可以有效地阻止熔融盐腐蚀介质进入涂层发生腐蚀,具有更优的抗热腐蚀性能和使用寿命。     

TiAl合金表面搪瓷基复合涂层与多弧离子镀NiCrAlY涂层的抗热腐蚀行为对比研究

以Ti-45Al-2Mn-2Nb合金为基体,采用多弧离子镀制备NiCrAlY涂层、喷涂-烧结法制备搪瓷基复合涂层,对比研究了2种涂层以及合金基体的热腐蚀行为。热腐蚀实验温度为850℃,选用饱和盐溶液溶质成分为75%Na_2SO_4+25%NaCl (质量分数),涂盐量为1.5～2.5 mg/cm~2。研究结果表明,合金基体完全不具备抗热腐蚀能力,表面形成的氧化膜疏松多孔,且极易剥落;NiCrAlY涂层表面生成的保护性Al_2O_3膜提高了合金的抗热腐蚀能力,然而涂层与基体间严重的互扩散及Al_2O_3膜与熔盐的碱性溶解使得NiCrAlY涂层逐渐失效,热腐蚀60 h即出现氧化膜的剥落;而搪瓷基复合涂层在熔盐环境中只发生了轻微的物理溶解,具有极高的热稳定性及较低的热腐蚀速率,有效地阻隔了腐蚀性离子的入侵,抗热腐蚀性能优异。     

Pt-Al涂层在两种熔盐中的高温热腐蚀行为

采用表面涂盐法研究了镍基高温合金上Pt-Al涂层在Na2SO4和Na2SO4+NaCl两种熔盐中的高温热腐蚀行为.结果表明,在Na2SO4熔盐中,Pt-Al涂层具有很好的抗热腐蚀性能,表面只生成一层致密的氧化膜.在Na2SO4+NaCl混合熔盐中,它的抗热蚀性下降,涂层发生了内氧化和内硫化,并且内层NiAl相的腐蚀比外层富Pt相的更严重     

高速电弧喷涂FeCrNiB/Cr3C2涂层的热腐蚀行为

采用高速电弧喷涂工艺在45钢基体上制备FeCrNiB/Cr3C2涂层。采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层微观组织和相组成。在650℃下研究了涂层的涂盐热腐蚀行为,腐蚀介质选用质量比为75∶25的Na2SO4+NaCl混合盐,并与20G钢作对比研究。结果表明,涂层具有典型的层状结构特征,致密且连续,涂层的抗热腐蚀性能都要优于20G钢。在650℃下涂层表面形成了Fe2O3、Cr2O3和FeCr2O4等致密的氧化膜,阻碍了熔盐的侵入,提高了涂层抗热腐蚀性能。     

梯度复合MCrAlY涂层的研究进展

MCrAlY涂层在航空等领域内起着重要的作用,在其基础上发展的梯度复合MCrAlY涂层具有良好的性能,受到人们的关注。综述了梯度复合MCrAlY涂层国内外的研究进展,对其制备方法进行了介绍,展望了梯度复合MCrAlY涂层的发展趋势。     

激光重熔纳米氧化锆热障涂层的抗热冲击性能

采用纳米氧化锆团聚粉末和等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆涂层,试验研究了激光重熔工艺参数（激光比能量）对纳米氧化锆涂层抗热冲击性能的影响.试验结果表明,激光重熔工艺参数对重熔涂层的抗热冲击性能影响显著,采用合适的工艺参数（激光比能量）,可以使重熔涂层获得最佳的抗热冲击性能.不同激光重熔工艺参数处理的涂层形成的组织结构不同,使得涂层的抗热冲击性能不同.合适的激光重熔工艺参数下涂层表现出高的抗热冲击性能,主要是因为重熔后的涂层组织结构有利于热应力的释放以及其相结构在高温冲击下具有良好的稳定性.     

《中国表面工程》2009年第6期

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层。结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层。     

Si对CoCrAlY涂层抗热腐蚀性能的影响

摘要：本文针对CoCrAlSiY涂层的抗热腐蚀性能，采用HVOF方法制备了涂层，用75wt.%Na2SO4+25wt.%NaCl热盐涂敷的方法，对比了不同Si含量（0、2%及5%）CoCrAlSiY涂层在900℃条件下的抗热腐蚀性能。研究结果表明：随着反应温度升高，涂层的平均腐蚀穿透深度呈增加趋势；随着Si含量上升，涂层的平均腐蚀穿透深度逐渐下降。腐蚀后CoCrAlSiY涂层内生成了高熔点的金属硅化物CrSi，有助于提高涂层的抗腐蚀性能。     

纳米晶涂层对DD98M合金热腐蚀行为的影响

为了研究纳米化对DD98M合金热腐蚀行为的影响,采用磁控溅射的方法制备了与其成分相同的纳米晶涂层。运用XRD、SEM/EDS、TEM分别分析了涂层的结构和热腐蚀性能。结果表明:沉积态的纳米晶涂层呈柱状晶结构,有大量沿沉积方向的柱状晶界,晶粒宽度为30~100 nm。涂层为单一的γ相且具有明显的(111)择优取向。在900℃Na_2SO_4+25%K_2SO_4以及Na_2SO_4+25%Na Cl盐中,DD98M合金在5 h内就发生了严重腐蚀。纳米晶涂层在熔融Na_2SO_4+25%K2SO4中表现出了良好的热腐蚀性能,但在Na_2SO_4+25%Na Cl盐中,纳米晶及其预氧化涂层对DD98M合金的抗热腐蚀性能的提高并不明显。纳米晶促进了涂层表面Al_2O_3膜在空气中和熔融Na_2SO_4+25%K2SO4盐中的快速形成,显著提高了DD98M合金在硫酸盐中的抗热腐蚀性能,预氧化处理则使涂层的抗热腐蚀能力进一步提高。     

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。     

飞机APU涡轮导向叶片高温防护涂层失效模式分析

利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析了国内某型在役APU涡轮导向叶片的结构特征与热防护机理,研究了叶片失效件中高温防护涂层的厚度变化与失效模式。结果表明:飞机APU导向叶片中存在渗铝涂层+MCrAlY涂层与单一渗铝涂层2种不同的涂层结构;APU导向叶片失效件的MCrAlY涂层厚度从叶片尾缘—叶盆—前缘区域呈先增大后减小的趋势;受叶片构型影响,叶片尾缘区域涂层的氧化程度较严重,而叶盆区域越靠近前缘的位置涂层氧化损伤程度越低,但叶片前缘区域由于受CMAS腐蚀与高温氧化的耦合作用使得该区域涂层损伤最为严重。