铝化物涂层的高温氧化和腐蚀机理研究进展

铝化物涂层被广泛应用于发动机热端部件(如涡轮叶片)的防护,然而在服役过程中,铝化物涂层极易发生高温氧化与热腐蚀,导致失效。针对铝化物涂层在高温环境中服役失效的问题,重点介绍了铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀机理、影响铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀的因素,以及包括添加Cr、Si、Pt、活性元素等改性元素和进行预氧化处理在内的提升铝化物涂层的抗氧化性与耐腐蚀性能的方法。最后,展望了铝化物涂层高温氧化与热腐蚀研究的未来。     

Inconel 718高温合金表面铝化物涂层的制备及其形成机制

Inconel 718高温合金表面制备的铝化物涂层的组织结构及其形成机理,是提高该高温合金抗高温氧化和耐腐蚀性能的关键。采用化学气相沉积法在高温合金Inconel 718表面制备了铝化物涂层,通过结合使用材料热力学模拟软件JMatPro、X射线衍射仪、X射线能谱仪和扫描电子显微镜等表征手段,详细研究了铝化物涂层的微观组织结构。研究结果表明：在1 050 ℃温度条件下,经过1.5 h反应,Inconel 718表面生成了双层结构的铝化物涂层,其外层厚度为14.1 μm,主要由β-NiAl相组成,内层厚度为5.9 μm,由σ相和Laves相组成;外层的β-NiAl相形成是由Inconel 718高温合金中的Ni元素外扩散至表面后,与环境中的卤化铝反应而生成的;大量的Ni元素外扩散导致高温合金中的γ-Ni相减少,当高温合金中Ni元素的含量（原子分数）减少至49%时γ-Ni相中开始析出Laves相,当Ni元素的含量减少至40%时σ相也开始析出,当Ni元素的含量最终降至9%时Inconel 718高温合金完全转变成由σ相和Laves相组成的铝化物内层。研究结果深入揭示了涂层形成的机理,为优化铝化物涂层制备工艺提供了重要的理论基础。同时,对于Inconel 718高温合金的高温稳定性和腐蚀性能的提升具有实际应用价值。     

CVD法制备Inconel 718 高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究

Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料,其表面通常制备有铝化物涂层,起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。理解铝化物涂层的高温氧化行为,是提高部件抗高温氧化能力的关键。采用化学气相沉 积（CVD）技术,在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层,在大气环境、950 ℃条件下开展了恒温氧化测试,采用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段,研究了其高温氧化行为,并与Inconel 718高温合金进行对比。结果表明：In-conel 718高温合金表面制备的CVD铝化物涂层,其表面粗糙,具有双层结构。外层为富含Ni和Al元素的β-NiAl层,平均厚度为14.1 μm,内层为富含Fe和Cr元素的σ相与富含Nb、Mo和Fe元素的Laves相共存的互扩散层,平均厚度为5.9 μm 。恒温氧化后,Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr₂O₃膜,而CVD铝化物涂层表面氧化生成了α-Al₂O₃膜。Cr₂O₃膜和α-Al₂O₃膜的生长都遵循抛物线型生长规律,Cr₂O₃膜的生长速率常数为0.86 μm?h^-1/2,α-Al₂O₃膜的生长速率常数为0.15 μm?h^-1/2。此外,观察发现Inconel 718 高温合金发生了内氧化,而 CVD铝化物涂层未出现内氧化,两者氧化行为差异的原因在于CVD 铝化物涂层中的β-NiAl相,其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al₂O₃ 膜,阻止了内部金属发生进一步氧化。本研究揭示了Inconel 718高温合金和CVD铝化物涂层的抗高温氧化作用机理,为Inconel 718高温合金用高抗氧化性CVD铝化物涂层的制备及应用提供了技术支撑。     

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。