双相高温涂层中氧化物相对元素扩散的影响研究

通过扩散方程的建立及数值分析计算，研究了高温氧化条件下双相高温涂层中氧化物相的含量、分布等对ＮｉＡｌ相中元素扩散过程的影响，并结合实验观察进一步分析了在短路扩散条件下涂层／基体界面处的氧化物聚集层中的氧化物的聚集状态与元素互扩散的关系，同时预测了涂层的失效时间，提出了添加氧化物以抑制内界面处元素扩散的合理涂层结构设计。

稀土氧化物改进高温涂层的氧化行为研究

研究了几种含或不含ＣｅＯ２的ＮｉＡｌ基涂层在９００及１０００℃下的高温氧化行为，并对氧化前的涂层组织，氧化膜形貌及氧化膜／基体界面结构等进行了观察，从而就ＣｅＯ２对Ａｌ２Ｏ３膜的氧化动力学和ＮｉＡｌ组织退化的影响探讨了ＣｅＯ２改善涂层抗高温氧化性能的机制。

双面氧化弯曲法研究La_2O_3对高温α－Al_2O_3膜内应力的影响

利用改进的双面氧化弯曲方法，研究在不同氧化阶段，Ｌａ＿２Ｏ＿３对ＮｉＡｌ型涂层表面上形成的ａ－Ａｌ＿２Ｏ＿３膜内应力的影响。实验结果表明，升温过程中试样的偏转行为可以确定试片两侧不同涂层热膨胀系数的差异；９００℃恒温氧化５０ｈ时，Ｌａ＿２Ｏ＿３通过细化氧化膜晶粒，增加其塑性，使ａ－Ａｌ＿２Ｏ＿３膜内的生长应力降低约３．４３２ｘ１０￣３ＭＰａ；降温过程中，涂层的热膨胀系数对氧化膜的热应力有影响，且ＮｉＡｌ涂层上的氧化膜内应力主要在中温区（４００～６００℃）以膜开裂的形式释放，而会Ｌａ＿２Ｏ＿３的涂层上的氧化膜较致密完整，应力释放较少．

CeO_2质点对Al_2O_3型氧化膜和膜／基体界面的原子结合能的影响

采用ＳＩＭＳ测定Ａｌ，Ｎｉ等二次离子的束流强度与阻止电压曲线新技术，研究了ＣｅＯ_２对１１００℃恒温氧化条件下形成的Ａｌ_２Ｏ_３型氧化膜和膜／基体界面处的原子结合能的影响，并结合添加ＣｅＯ_２增加了原子间结合能的实验结果，分析了ＣｅＯ_２影响Ａｌ_２Ｏ_３氧化膜生长动力学的微观机制。

弥散CeO_2对高温下α－Al_2O_3氧化膜初期生长的影响

在研究１０００及１１００℃下含弥散ＣｅＯ_２的ＮｉＡｌ基表面α─Ａｌ_２Ｏ_３氧化膜初期生长的微观形貌及化学组成的基础上，分析了弥散氧化物质点对氧化初期表层扩散通量的影响，解析出了氧化物质点对表层元素扩散通量的贡献项，进而研究了氧化温度、弥散氧化物质点的尺寸、含量及分布等因素对弥散氧化物质点促进Ａｌ_２Ｏ_３形成的影响，并解释了突出颗粒状生长等实验结果。同时，探讨了弥散氧化物质点促进保护性氧化膜形核和增强氧化膜再生能力的机制。

NiAl(Si)+CeO_2型高温涂层氧化行为的研究

采用复合技术制备了含弥散CeO_2的NiAl(Si)型高温涂层,并同几种铝化物涂层的氧化行为进行了对比研究,重点考察了CeO_2及Si在改善涂层抗氧化性能方面各自的作用及其相互关系。涂层组织及成分分析表明,少量Si固溶于β-NiAl相中,大部分Si以第二相的形式主要弥散分布于涂层的内侧,且合金渗Al-Si涂层中的Si含量明显高于同类复合NiAl(Sj)+CeO_2涂层。氧化实验表明,Si及CeO_2可有效地降低涂层1100℃的氧化速率。Si对涂层抗循环氧化性能的改善作用不显著,而CeO_2则具有益作用,特别在Si与CeO_2共同作用时,改善涂层抗氧化性能的效果尤为显著。

热入散渗Al时氧化物的迁移和富集规律的研究

在研究热扩散渗Ａｌ时复合电沉积层中的弥散氧化物质点在涂层／基体界面富集规律的基础上，进一步研究了热扩散条件、氧化物质点及组织等因素的影响作用，提出了生长ＮｉＡｌ／Ｎｉ相界对纳米级质点具有“拖动效应”的解释机制。

Ni－La_2O_3复合镀层对Ni抗高温循环氧化性能的影响

１２７３Ｋ循环氧化１００ｈ的实验结果表明，金属Ｎｉ表面沉积一层Ｎｉ－Ｌａ_２Ｏ_３复合镀层（厚为３０μｍ）后，抗循环氧化性能比金属Ｎｉ和表面沉积相同厚度Ｎｉ镀层的金属Ｎｉ有极大改善。Ｎｉ及其单镀Ｎｉ后，氧化速率快，氧化皮严重开裂；沉积复合镀层后，氧化速率显著降低，表面氧化层晶粒明显细化，氧化皮下发生开裂电子探针（ＥＰＭＡ）观测发现，Ｌａ_２Ｏ_３分布在氧化层（５０μｍ厚）的上表层（３１μｍ厚）中。高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ）发现复合镀层中分布着尺寸＜５ｎｍ的Ｌａ_２Ｏ_３纳米颗粒，据此提出，氧化时，由于小尺寸的Ｌａ_２Ｏ_３纳米颗粒易部分溶解，成为产生并在氧化层晶界偏聚的Ｌａ^（３＋）的＂储存池＂。Ｌａ^（３＋）在ＮｉＯ晶界偏聚，阻止了Ｎｉ^（２＋）的短路扩散，改善了复合镀层氧化层的生长机制和力学性质．

Ni－La_2O_3复合镀层中的质点弥散与组态研究

用金相、电子探针（ＥＰＭＡ）、透射电镜（ＴＥＭ）及高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ）对Ｎｉ－Ｌａ２Ｏ３复合电镀层的表面形貌及ＬａＯ３质点在镀层中的存在情况进行了研究．发现随着镀液中Ｌａ２Ｏ３颗粒含量增加，复合镀层中Ｌａ２Ｏ３的弥散量增多，镀层晶粒细化．Ｌａ２Ｏ３质点以两种组织状态均匀分布于镍层中：其一为纳米级晶体（绝大多数＜５０ｎｍ）的弥散状态；另一种为微米级（～１μｍ）的“聚合体”状态，是由更微小的纳米晶体（～１０ｎｍ）所组成，由于Ｎｉ－Ｌａ２Ｏ３复合镀层用作扩散渗铝制备Ｌａ２Ｏ３氧化物改性的铝化物涂层的基底层，文中还就复合涂层的Ｌａ２Ｏ３质点弥散与组态对改性的铝化物涂层的显微结构及其氧化行为的影响作了进一步探讨．

弥散La_2O_3质点的NiAl型复合涂层氧化行为的HREM研究

首次用高分辨电子显微镜(HREM)对Ni-La_2O_3复合镀——扩散渗铝涂层氧化前后的精细结构进行了研究。发现NiAl相中含有纳米级的La_2O_3质点,Al_2O_3层中“嵌”入La_2O_3微粒(直径<50nm);氧化物层涂层界面存在过渡相。由此认为La_2O_3质点通过影响Al_2O_3层的生长机制而改善涂层的抗氧化性能。

微量元素对低偏析合金M17F的高温氧化性能的影响

静态空气中氧化实验表明，低偏析镍基铸造高温合金Ｍ１７Ｆ比普通镍基铸造高温合金Ｍ１７Ｆ＇（Ｍ１７Ｆ的基础上＋０．００５％Ｐ、０．１０％Ｓ和０．１０％Ｚｒ）具有更低的恒温氧化增重速率，但氧化膜的粘附性更差。ＸＲＤ、ＳＥＭ和ＥＤＡＸ分析实验表明，两合金氧化膜的组成和结构基本相同。分析认为，Ｍ１７Ｆ＇合金中相对高含量的Ｓ、Ｐ和Ｚｒ的共同作用加速了该合金氧化膜的生长，另外该合金中０．１％含量的活性元素Ｚｒ改善了氧化膜的粘附性。

Y_2O_3质点对β—NiAl涂层抗氧化性能的影响

本文用复合电沉积及粉末包装扩散渗铝技术获得了含Y_2O_3、质点的β-NiAl型新涂层,并研究了Y_2O_3、质点及其含量对涂层1100℃的氧化性能的影响。实验证明,Y_2O_3质点的加入有效地降低了涂层的氧化速率,提高了氧化膜的抗剥落能力。实验范围内的Y_2O_3含量对涂层氧化速率的影响并不明显,但通过改变涂层/氧化膜界面处氧化膜的形态可以对氧化膜的粘附性产生影响。向涂层内突出生长的针状氧化膜具有更显著的钉扎作用。复合电沉积层中弥散分布的Y_2O_3质点在渗铝过程中部分产生聚集,在制备出的复合铝化物涂层的基体/涂层界面附近形成了明显的Y_2O_3聚集层,在氧化过程中有效地抑制了涂层的退化。

弥散Gd_2O_3质点改性的新型复合铝化物涂层的氧化行为

研究了Gd_2O_3质点及其添加量对涂层在空气中1100℃氧化行为的影响及作用机制。结果表明,NiAl涂层中加入Gd_2O_3质点后,极大地降低了涂层的氧化速率,显著提高了氧化膜的粘附性,比简单NiAl涂层具有更好的抗高温氧化性能。复合镀层经渗Al后,一部分Gd_2O_3质点仍弥散分布于涂层中,另一部分细小的亚微观质点在涂层/基体界面处富集,形成氧化物聚集带,聚集带具有扩散障作用。连续的聚集带更有效地抑制退化,提高涂层使用寿命。

离子注Mg的β－NiAl涂层的氧化行为

表面扩散渗铝形成的β－ＮｉＡｌ涂层表面注入Ｍｇ＋１×１０１７／ｃｍ２后，在１０００℃空气中恒温氧化２５ｈ，涂层的氧化增重速率有所增加，这是由于注Ｍｇ的β—ＮｉＡｌ涂层表面形成了Ａｌ２Ｏ３氧化物“瘤”，长时间氧化后氧化物“瘤”周围及“瘤”本身发生开裂，引起涂层内氧化。

镍基高温合金上含La_2O_3质点的NiAl型复合涂层的氧化行为

含La_2O_3的NiAl型复合涂层是用复合电沉积和随后的渗铝工艺制备的。本文重点研究了其在1100℃下的氧化行为。涂层的氧化动力学曲线和氧化膜形貌的观察等表明,La_2O_3极大改善了氧化膜的质量和粘附性等,使涂层的氧化速率显著降低,氧化膜的抗剥落能力明显增强。EPMA分析表明,Ni-La_2O_3在涂层/基体界面附近形成富集层,在氧化过程中,它具有阻碍涂层退化的作用。文中还探讨了La_2O_3改善涂层的抗氧化性能的机制。

熔盐膜电解渗涂

熔盐膜电解渗涂采用微型电解池,有利于克服熔盐浴电解渗涂的某些缺点。熔盐膜盐铝有三种类型:阳极不可溶;阳极可以提供铝;无电解渗铝。熔盐中的歧化反应3AlCl AlCl_3+2Al实际上是电极反应的后置转换反应,在渗涂过程中起提供铝原子的作用。熔盐膜是一种由液、固两组成的分散体系,对流受到限制,传质仅依靠扩散和电迁移。电解过程受浓差控制,电极易极化,有利于多元共渗。已实现Al～Cr、Al-Si、Al-Mn、Al-Ce、Al-Y共渗。

离子注入Ce对Ni20Cr合金抗氧化性能的影响

注入剂量为２×１０１６，５×１０１６，１×１０１７／ｃｍ２的Ｃｅ＋，使Ｎｉ２０Ｃｒ合金在１０００和１１００℃下的氧化速率显著降低．氧化膜致密、完整、粘附性好．利用离子探针分析技术测量了注Ｃｅ＋后，合金元素在合金表面及１１００℃形成的氧化膜内结合能差．注Ｃｅ＋后降低了合金表面Ｃｒ＋的结合能，有利于其向外扩散从而快速成膜；增大了膜内Ｃｒ＋和Ｎｉ＋的结合能，对这些离子在膜内的扩散起阻碍作用．因此，Ｃｅ＋的注入能改善合金的抗氧化性能．此外，在１０００℃循环氧化２７０次后，氧化膜部分剥落，Ｃｅ改善合金抗氧化性能仍十分显著．

含CeO2的Ni（Cr）Al复合铝化物涂层的抗高温腐蚀性能研究

采用多层电沉积及包埋渗铝工艺,在M38合金基体上制备含Cr及弥散CeO_2的Ni(Cr)Al+CeO_2型复合铝化物涂层,研究了Cr及CeO_2对涂层抗高温腐蚀性能的影响。涂层在1100℃空气中氧化的结果表明,CeO_2可显著降低涂层的氧化速率,改善氧化膜的粘附性,使复合涂层的抗氧化性能优于Ni(Cr)Al涂层及单渗铝涂层。在900℃的75%Na_2SO_4+25%NaCl熔盐中进行的热腐蚀实验表明,涂层中的CeO_2及Cr可优先与硫结合,形成稳定的硫化物,并通过CeO_2等在涂层表面的富集,阻碍硫对涂层内部的侵蚀作用。当涂层中CeO_2含量超过某一值后,涂层的氧化速率增加,但涂层的抗热腐蚀能力仍有显著提高。

飞行状态下热障涂层的受力行为

本文通过在计算机中建立航空发动机叶片的工作环境，进而模拟在飞行状态下叶片表面涂敷的陶瓷热障涂层的受力行为，获得了陶瓷涂层在热气动载荷作用下应力场分布，并得出应力场分布与涂层结构和叶片几何形状及与承受的载荷之间的关系，提出了进一步提高陶瓷热障涂层的使用寿命的途径。

MA956和Fecraloy两种合金氧化膜的断裂应变

利用四点弯曲／声发射方法在室温下测量了ＨＡ９５６和Ｆｅｃｒａｌｏｙ合金表面形成的氧化膜的断裂应变。结果表明，在张应力作用下，ＭＡ９５６合金在１０００℃、１１００℃和℃三种温度以下及Ｆｅｃｒａｌｏｙ合金在１２００℃下不同时间氧化后形成的膜的断裂应变几乎不变，分别约为０．３４％和０．１３％。这两种合金氧化时都主要形成Ａｌ２Ｏ３。ＭＡ９５６合金氧化膜在实验时间范围内从未发现有开裂。