空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论HCD复合Y_(2)O_(3)辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。

喷砂对MCrAlY-单晶高温合金界面组织影响研究

目的 研究在单晶表面喷砂预处理对MCrAlY-单晶高温合金界面的组织的影响。方法 对单晶基材进行不同载荷条件下的喷砂处理(包括无喷砂、轻喷砂及重喷砂),然后采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺在单晶试样上制备MCrAlY涂层,观察高温氧化后涂层-单晶界面组织的演变。真空热处理后,首先对基材和涂层的微观组织结构进行扫描电镜观察表征,然后对涂层进行1 050℃的高温氧化试验,保温287 h后,继续采用背散射电子模式观察TCP相的析出行为,测量并绘制互扩散区和二次反应区析出厚度柱状图。结果高温氧化热暴露过程中,涂层和基体之间发生了明显的元素互扩散现象,喷砂处理对互扩散区大小,尤其是二次反应区的深度,有着显著影响。在该高温氧化试验条件下,轻喷砂和重喷砂对互扩散区厚度的影响不大(重喷砂17.5μm,轻喷砂20μm),但显著促进了SRZ的析出厚度(重喷砂52.5μm,轻喷砂40μm)。结论 喷砂会导致单晶内产生塑性变形(形成GPDZ),且重喷砂会析出更深的二次反应区,对于包覆型MCrAlY涂层在单晶热端部件的表面应用,应当对单晶表面实施轻喷砂或无喷砂处理。

不同铝合金基体黑色微弧氧化膜的厚度对其结构和性能的影响

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试验研究不同铝合金基体表面黑色微弧氧化膜的微观组织、硬度、耐磨性和耐蚀性。随着膜层厚度的增加,膜层的致密度大幅提高,平均孔隙率降低至0.8%,膜层中α-Al_(2)O_(3)的比例增加,耐磨性显著提高,在黑色陶瓷颗粒的自润滑作用下,复合膜层的摩擦因数从0.6降至0.3,摩擦曲线的变化趋势更平稳。黑色膜层厚度从40μm提高到60μm,三种铝合金基体的黑色氧化膜层均明显提高,最高达到916 HV。电化学试验结果60μm黑色微弧氧化膜层的腐蚀电流密度比40μm的降低两个数量级,自腐蚀电位可提高200 mV,钝化性能增强,膜层耐蚀性显著提升。

化学镀Pt对多弧离子镀NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响

目的改善多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能,探究化学镀Pt对NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响。方法采用多弧离子镀(M-AIP)技术在第二代镍基单晶高温合金上沉积NiCoCrAlY涂层,然后通过化学镀技术在其表面制备厚度约0.5μm的Pt镀层,经真空退火处理后获得Pt改性的NiCoCrAlY涂层。通过1050℃恒温氧化和循环氧化试验测试涂层的高温氧化性能,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射以及电子探针等手段对涂层物相及元素分布进行分析。结果经化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层恒温氧化20 h的氧化增重由0.78 mg/cm^(2)减小至0.47 mg/cm^(2),氧化速率常数由6.32×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为2.16×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s);而循环氧化300次的氧化增重由1.52 mg/cm^(2)减小至1.05 mg/cm^(2),氧化速率常数由1.93×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为9.86×10^(-13)g^(2)/(cm^(4)·s)。2种涂层在本试验氧化条件下生成的氧化膜均为α-Al_(2)O_(3),但NiCoCrAlY涂层生成的氧化膜更厚且起伏明显,同时在局部区域向涂层内生长,特别是循环氧化后期氧化膜还发生了局部剥落。化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层表面生成的氧化膜明显变薄,且致密、平坦,无开裂和剥落现象,同时氧化膜向涂层内的生长得到了有效抑制。结论化学镀Pt改性可进一步提高多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能。

全稳定四方相YSZ热障涂层的飞秒激光打孔工艺研究

激光打孔是对带热障涂层高温合金冷却孔加工的重要方法。采用球形薄壁空壳全稳定纳米t’-YSZ粉体进行了全稳定四方相热障涂层的制备,并使用飞秒激光对热障涂层进行气膜孔加工。通过X射线衍射、扫描电子显微镜对涂层形貌、相组成和元素成分等进行分析。结果表明,飞秒激光制备的孔型规则,无重铸缩孔。涂层中各界面未开裂,说明涂层在加工中保持了良好的结合力。高温合金中元素成分的分布未受激光打孔的影响,说明合金基材保持了较好的化学稳定性。热障涂层经过1050℃水淬100次考核后,气膜孔形状依然保持完好,涂层未发生脱落,这说明加工了气膜孔的t’-YSZ涂层具有高抗热震性能。

高温防护金属涂层的发展及活性元素效应

高温防护涂层(一般为金属基)被广泛用于航空发动机和大型地面燃气轮机关键热端部件(例如涡轮叶片)的防护。通过生成一层致密且生长缓慢的氧化膜(Al_2O_3,Cr_2O_3或SiO_2等),这类涂层可以在高温下为基体合金提供可靠防护,以防止基体合金被快速氧化腐蚀侵害。本文回顾了高温防护金属黏结层的发展历程(以铝化物涂层和MCrAlY包覆涂层为例),其改进总是围绕着提高涂层中Al的浓度及合理分布,以及缓和涂层与基体合金的互扩散为目标;重点关注高温防护涂层中添加活性元素(RE)后引入的活性元素效应,包括活性元素被发现的历程、活性元素改性作用机制以及近期研究者在活性元素掺杂方面的工作进展。

纳米蒙脱土/环氧树脂胶粘剂最佳组分的优化选择

将有机化处理后的蒙脱土作为填料,通过插层复合的方法制备出纳米蒙脱土/环氧树脂胶粘剂,进行了拉伸强度、硬度及XRD测试,并与粉煤灰、未处理蒙脱土作填料的环氧胶粘剂进行了性能对比。试验结果表明,当加入质量分数5％的有机蒙脱土时,环氧胶粘剂的剪切强度达到21.6MPa;X射线衍射结果表明,用该法制得的胶粘涂层内部蒙脱土片层已被剥离,属于纳米复合胶粘剂;通过对比力学性能及密度,加入有机蒙脱土的环氧树脂胶粘剂涂层综合性能要优于一般环氧树脂胶粘剂。

用电化学阻抗谱研究钢表面三种电镀镍层的耐蚀性

在钢基体S 47220上分别电镀光亮、无光亮和多层镍镀层,采用电化学阻抗谱、极化曲线等研究在3.5%的Na Cl溶液中钢基体、纯镍和镀镍样品的腐蚀电化学行为,采用中性盐雾试验测试三种镀层的耐蚀性.结果表明,多层镍镀层比单一镍镀层表面更加致密,更难发生钢基体的优先腐蚀,因此保护性更好.钢基体、光亮镍镀层和无光镍镀层的等效电路模型分别是R_s(R_(ct)Q_(dl))(R_(pit)Q_(pit))、R_s(R_(ct)Q_(dl))(R_(pore)Q_(pore))和R_s(Q_(film)(R_(film)(R_(ct)Q_(dl)).在中性盐雾试验中,三层镍镀层经盐雾试验288 h后未发生腐蚀,因为其等效电路图Rs(RctQdl)与单质镍相同,具有相似的抗电化学腐蚀性能,所以耐蚀性优异,远高于单一镍镀层.

20g钢魏氏组织韧性及微观断口形貌研究

对20g钢采用不同的热处理工艺或焊接工艺,制备成热处理冲击试样和焊接冲击试样,分别具有W和块状α组织。冲击韧性测试表明,W与相同晶粒度的块状α相比具有较高的冲击韧性。微观断口形貌观察发现,W室温冲击断裂时,均以韧窝机制断裂,而块状α可能以韧窝、解理或混合机制断裂。条状先共析α的存在有利于力学性能的提高。

四种典型高温防护涂层的抗氧化性能

目的系统地评价典型高温防护涂层的抗高温氧化性能,并分析其失效机制。方法通过对比普通NiAl涂层、NiCrAlY涂层、Pt改性NiAl涂层以及Pt+Hf共改性NiAl涂层等四种典型高温防护涂层在1100℃的恒温氧化行为,从氧化过程中的氧化增重、组织结构演变规律等角度出发,分析了四种涂层在高温氧化过程中的抗氧化性能以及氧化失效规律。结果四种涂层在1100℃恒温氧化过程中的增重均符合抛物线规律。普通NiAl涂层氧化膜粘附性能较差,氧化膜快速剥落,涂层退化最快。NiCrAlY涂层中Y元素在氧化膜/涂层界面形成“钉扎”作用,显著提高氧化膜的粘附性能,但由于涂层内部Al元素含量降低,涂层1100℃氧化300 h后基本失效。Pt改性NiAl涂层的氧化膜较为完整,但氧化膜起伏严重。Pt+Hf共改性NiAl涂层的氧化膜均匀完整且无明显起伏,具有综合最优的抗高温氧化性能。结论四种涂层的抗高温氧化性能排序为:Pt+Hf共改性NiAl>Pt改性NiAl>普通NiAl>NiCrAlY。

粘结层真空退火处理对热障涂层热循环寿命的影响研究

目的研究粘结层真空退火处理对热障涂层热循环条件下服役性能的影响。方法在某二代镍基单晶高温合金上涂覆铂铝粘结层,然后采用电子束物理气相沉积法沉积氧化钇稳定的氧化锆陶瓷层,构建热障涂层体系,在1100℃下可自动升降的循环氧化炉中进行热循环测试,通过高精度电子天平对涂层样品进行称量并绘制质量变化曲线,采用拍摄宏观照片的方式观察样品表面陶瓷层剥落情况,利用扫描电子显微镜观察沉积态及热循环后的样品截面微观组织结构形貌。结果与沉积态粘结层相比,在高真空中进行退火处理后,热障涂层的热循环寿命几乎增加一倍,且陶瓷层与热生长氧化膜结合良好。未经过真空处理的铂铝涂层表面陶瓷层发生明显剥落,且热生长氧化膜质量较差,出现了明显裂纹。结论真空退火处理可使铂铝涂层表面更加平整,在高温氧化过程中生成的低缺陷氧化膜有更好的质量,陶瓷层与粘结层的结合力更强,热障涂层体系的服役性能和寿命得到有效提升。

纳米蒙脱土/环氧树脂胶粘剂制备工艺优化选择

介绍了制备纳米蒙脱土/环氧树脂胶粘剂的方法,并通过正交试验的方法分析了固化时间、固化温度、搅拌时间、搅拌温度对纳米蒙脱土/环氧树脂胶粘涂层拉伸剪切强度的影响,给出了上述四个工艺参数的最佳工艺规范并通过试验验证了结论。

热障涂层体系典型黏结层的抗热腐蚀性能

为了探究热障涂层体系中不同类型黏结层的热腐蚀行为,对比评价了4种典型黏结层(普通NiAl涂层、NiCoCrAlY涂层、Pt改性NiAl涂层以及Pt+Hf改性NiAl涂层)在900℃条件下Na2SO4/NaCl(质量分数75%∶25%)混合盐中的热腐蚀行为。利用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针等手段分析了热腐蚀过程中的物相结构、显微组织演变规律。研究结果表明,普通NiAl涂层退化最快,NiCoCrAlY涂层的退化速率相对NiAl涂层有所减慢,两种改性NiAl涂层表现出较好的抗热腐蚀性能,其中Pt改性NiAl涂层具有最佳的抗热腐蚀能力,相比之下Hf元素的加入对Pt–Al涂层抗热腐蚀性能无益。

DD5单晶叶片用热障涂层高温防护性能研究

为了提高燃气轮机热端部件的服役寿命,拓展热端部件的高温防护方法及应用,在某燃气轮机涡轮叶片用DD5镍基单晶高温合金表面制备了CoCrAlY+YSZ,(Ni,Pt)Al+YSZ和Zr改性(Ni,Pt)Al+YSZ 3种热障涂层,对比研究了这3种热障涂层的1100℃循环氧化行为和900℃混合盐热腐蚀行为。结果表明:CoCrAlY+YSZ涂层在循环氧化和热腐蚀过程中均发生严重的YSZ陶瓷面层剥落现象,而铝化物+YSZ涂层的陶瓷面层则完好或仅局部极少量剥落;(Ni,Pt)Al涂层经活性元素Zr改性后抗氧化和耐热腐蚀性能均进一步提高,表现为氧化和腐蚀增重降低,内氧化和内硫化现象明显减轻;(Ni,Pt)Al+YSZ涂层和Zr改性(Ni,Pt)Al+YSZ涂层对DD5镍基单晶高温合金叶片均有较好的适用性。

PtAl_2单相涂层的高温抗氧化性能及失效机制研究

在镍基铸造高温合金K38G上采用脉冲电镀的方法沉积Pt镀层,通过分步加热粉末包埋渗Al处理后,获得表层为单相PtAl2,内层为β-NiAl的Pt-Al涂层.分别对单相PtAl2涂层进行1100℃静态氧化及循环氧化测试,并分析涂层在2种氧化条件下的氧化行为及失效机制.结果表明,单相PtAl2涂层表现出良好的抗静态氧化能力,初期快速增重主要来自于θ-Al2O3的生成,很快θ-Al2O3转变为α-Al2O3且增重趋于平缓.但是,单相PtAl2涂层的抗循环氧化能力较差,循环氧化过程中产生的热应力会导致部分区域PtAl2层剥离或脱落,继而引发涂层过早失效.因此,单相PtAl2涂层不适用于高温负载服役环境,其在循环氧化过程中的失效和退化主要来自于PtAl2层剥落以及剥落区附近β-NiAl层Al元素的快速消耗.

先进高温热障涂层用高性能粘接层制备及研究进展

热障涂层能显著提高航空发动机的效率和推重比,具备保护关键热端部件(例如涡轮叶片)能力而获得广泛运用,其构成一般由外表面的陶瓷隔热层和抗高温氧化的中间粘接层组成。在热障涂层体系中,粘接层抗高温氧化性能的好坏直接决定了热障涂层体系的服役性能和寿命,因此受到相关研究者的关注。金属Pt改性的粘接层具有优异的抗高温氧化和热腐蚀综合性能,特别是表面生成的连续致密Al2O3氧化膜抗剥落性强,是高温防护金属粘结层的优选方案。本文重点介绍了Pt改性MCrAlY粘接层和Pt改性铝化物涂层的研究现状和进展,并且论述了制备方法与原理及其特点,对先进Pt改性粘接层的发展趋势进行了展望。

一种Zr改性双相PtAl_2+(Ni,Pt)Al涂层的制备及热腐蚀行为研究

在镍基单晶高温合金上采用复合电镀的方法沉积Pt-Zr复合镀层,随后通过气相渗铝的方法,获得Zr改性的PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层,该涂层分为3层:外层由PtAl_2颗粒弥散分布在b-(Ni,Pt)Al中的双相区组成,中间层为b-(Ni,Pt)Al及少量Cr的析出物,内层为互扩散区(IDZ)。其中,Zr元素主要固溶在外层双相区以及中间层b-(Ni,Pt)Al中。分别对Zr改性和普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层在850℃下Na2SO4/Na Cl(75∶25,质量比)混合盐中进行热腐蚀实验,结果表明,因Zr元素具有固定S和Cl的作用,可降低S和Cl在热腐蚀过程中的破坏性,故Zr改性PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层比普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层具有更好的抗热腐蚀性能。经过低真空预氧化处理后,普通PtAl_2+(Ni,Pt)Al双相涂层表面生成的Al_2O_3膜较薄,在后续热腐蚀过程中并不能有效抵挡混合盐的持续入侵,涂层长期抗热腐蚀性能与原始状态PtAl_2+(Ni,Pt)Al涂层样品接近。