抑制镍基/热障涂层粘结层元素互扩散的研究进展

航空发动机Ni基高温合金涡扇叶片在高温环境服役时,镍基合金基体将与热障涂层粘结层发生元素互扩散。系统论述了元素互扩散行为对镍基合金基体和热障涂层显微结构及性能的影响,分析了添加扩散障和改性粘结层的阻扩散机制,介绍了2种阻扩散方法的研究进展,总结了其优势及存在的问题,指出了元素阻扩散方法的研究发展方向。

热等静压扩散连接反应层元素互扩散的动力学模拟计算

通过DICTRA-THERMO—CALC动力学和热力学联合计算软件对DD402单晶和Rene95粉末高温合金进行热等静压扩散连接反应层元素互扩散规律的模拟计算.计算结果表明,此种模拟计算方法可以较好地反应扩散偶中元素的互扩散规律,与实验结果基本吻合.在此基础上,分析计算了温度和时间对扩散连接过程中Al元素互扩散规律的影响.最终得出此种模拟计算方法可以为热等静压扩散连接工艺的制定和优化提供较好的理论依据.

反向凝固与高温轧制过程中元素互扩散对复合界面的作用

在反向凝固与高温轧制过程中 ,母带与凝固层间一直进行着互扩散 ,C元素靠反应扩散由母带扩散到凝固层 ,Cr由凝固层扩散到母带 ,母带与凝固层之间存在明显的扩散层。Cr在母带中的扩散厚度约为 13μ。扩散到母带中的Cr和母带中的Fe形成固溶体 ,并析出Cr的碳化物。

CrN中间层阻挡元素扩散的能力研究

为了降低涂层和基体间的元素互扩散,采用电弧离子镀技术在NiCrAlY防护涂层和DSM11基体间加入CrN扩散阻挡层。用扫描电镜(SEM)观察了沉积态CrN涂层、退火和氧化态NiCrAlY/DSM11和NiCrAlY/CrN/DSM11的表面和截面形貌;通过能谱(EDS)分析了元素沿防护涂层和扩散阻挡层的截面分布;用X射线衍射仪(XRD)检测了防护涂层和扩散阻挡层的物相结构;用透射电镜(TEM)观察了样品退火和氧化后扩散阻挡层的形貌特征;利用1100℃恒温氧化实验比较了单一NiCrAlY涂层和NiCrAlY/CrN涂层体系的抗氧化能力,结合真空扩散实验分析了高温情况下元素在涂层和基体间的扩散。结果表明:CrN扩散阻挡层能有效地抑制合金元素的互扩散。其原因与高温下CrN→Cr2N→TiN的转变有关;TiN在扩散阻挡层的生成有利于防护涂层抗氧化能力的提高。

高温防护涂层扩散阻挡层的研究进展

综述了高温防护涂层体系扩散阻挡层的研究进展,说明了扩散阻挡层在高温防护涂层体系中的作用机理,比较了不同种类扩散阻挡层的差别,尤其是元素扩散阻挡能力、界面结合强度和制备成本的差别,从工业应用方面分析了各种扩散阻挡层的优缺点,提出了可通过改变涂层结构和改进加工工艺来提高陶瓷扩散阻挡层的界面结合强度。

铝化物涂层拓扑密排相的研究进展

铝化物涂层因其良好的抗高温氧化能力而被应用于航机和燃机叶片的高温防护。在涂层制备与服役过程中,涂层与基体元素互扩散,使基体的相结构发生转变,导致在涂层/基体界面形成互扩散区(IDZ),并析出富含Re、W、Cr、Mo等元素的细小拓扑密排相(TCP相)。TCP相的析出导致固溶强化效果减弱,同时作为一种脆性相促进了裂纹的产生,此外,互扩散区的形成减小了基体的承载面积,导致基体的高温蠕变性能下降。针对涂层TCP相的析出及IDZ的形成机理进行了介绍,分析了TCP相的类型(σ相、μ相、P相)、特点及对基体性能的危害。添加铂族改性元素和预沉积Ni层是抑制TCP相析出的主要方法,添加改性元素可以增大固溶元素的固溶度,并抑制TCP相的生长和成核,而预沉积Ni层可以减小固溶强化元素的扩散。最后,展望了未来可通过添加多元改性元素或元素改性与预沉积Ni相结合的方法来抑制铝化物涂层TCP相的析出。

镍基合金高温扩散阻挡层的研究进展

介绍了镍基合金高温扩散阻挡层的作用机理,重点综述了金属和陶瓷扩散阻挡层的国内外研究进展,比较了两类扩散阻挡层的差别,尤其是元素扩散阻挡能力和界面结合强度的差别,最后指出了镍基合金高温扩散阻挡层的发展方向。

不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变

目的研究不同厚度薄壁单晶高温合金/PtAl涂层界面演变机制。方法采用电镀Pt和高温低活度气相渗铝的方法在不同厚度(0.5、1.0、2.0 mm)的第三代镍基单晶高温合金DD9上制备PtAl涂层,进行1100℃恒温氧化试验后,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)研究不同厚度薄壁单晶高温合金DD9/PtAl涂层界面元素互扩散及界面组织演变。结果3种基体厚度的涂层试样恒温氧化100 h,其互扩散区(IDZ)快速增大;恒温氧化500 h,IDZ厚度基本稳定,均约为25μm;恒温氧化1000 h,只有0.5 mm基体厚度的涂层试样在IDZ出现TCP相“贫化带”。3种基体厚度的涂层试样在IDZ以下,均形成了二次反应区(SRZ),其中析出了针状和颗粒状TCP相。恒温氧化100 h,3种基体厚度的涂层试样的SRZ厚度相当,但是500 h和1000 h后,0.5 mm基体厚度的涂层试样的SRZ厚度显著小于其他2种基体厚度的涂层试样。结论界面附近Ta元素的富集是SRZ形成的主要原因,W、Re和Ta等难熔元素扩散的差异是引起不同基体厚度的涂层试样IDZ和SRZ形貌/厚度差异的关键因素。

热力耦合对电弧离子镀NiCoCrAlYHf涂层/镍基单晶高温合金界面组织结构的影响

高温合金在高温服役时会受到温度和应力的共同作用,其界面组织结构的变化必然与单一热场下不同。采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金表面制备NiCoCrAlYHf涂层,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)等方法研究了涂层与基体在不同温度、时间及应力的条件下由元素互扩散所引起的微观结构演变与各成分的分布。结果表明:在无加载的情况下,NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金的界面在1050、1100及1150℃下均发生明显的元素互扩散现象,且随着热暴露温度的升高和时间的延长,互扩散区(IDZ)宽度增大;界面处的扩散元素以Al、Ni、Cr和Co为主,Al、Ni由基体向涂层扩散,Cr、Co由涂层向基体扩散,导致基体γ/γ′相失稳而析出拓扑密堆积相(TCP)。NiCoCrAlYHf涂层与单晶高温合金基体在热力耦合作用下具有与上述相似的元素互扩散现象,但应力抑制了界面元素的互扩散行为,互扩散区宽度明显减小,且不受实验范围内载荷大小(50、71和100 MPa)的影响。另外,应力场不会改变TCP相的形貌和成分富集,单一热暴露试样和热力耦合作用试样在互扩散区、二次反应区(SRZ)析出的块状及针状TCP相均为碳化钽和P相析出物。

变形道次对基于等径角挤扭法制备的SiC_p/Al复合材料界面的影响（英文）

在250°C下,利用等径角挤扭变形工艺(ECAP-T)将纯Al和经氧化处理的Si C混合粉末固结成10%Si Cp/Al复合材料。采用X射线光电子能谱仪(XPS)测定SiC颗粒氧化处理前后Si元素的价态以及固结后复合材料中Al元素的价态,通过扫描电镜(SEM)对复合材料的界面进行观察,并利用能谱仪(EDS)对界面结合处进行元素线扫描和面扫描,最后对复合材料界面进行纳米硬度的测量。结果表明,ECAP-T变形后,Al和Si C的氧化层之间发生了界面反应,抑制了有害界面相的产生,并产生了基体和增强体之间的元素互扩散;随着ECAP-T变形道次的增加,界面反应程度加剧,元素扩散层加厚,使复合材料从增强体到基体的硬度过渡更加平缓。

Ni-Cr-Al涂层搅拌摩擦加工的作用机制

目的对热喷涂涂层进行表面改性。方法利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。结果形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。从涂层到基体形成了有层次的260μm厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。结论搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。

镍基合金/NiCrAlY粘结层界面活性扩散障的研究

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在Rene N5镍基高温合金表面分别制备出N5/NiCrAlY和N5/ZrO_2/NiCrAlY两种涂层体系试样,并对其进行1000℃/5 h和1000℃/350 h高温氧化处理。利用SEM、EDS、XRD等分析方法对比研究了高温环境中镍基合金基体与NiCrAlY粘结层界面的演变行为以及ZrO_2活性扩散障对界面演变的控制作用。结果表明,N5/NiCrAlY体系涂层在高温环境中由于各元素浓度的差异会发生元素互扩散行为,导致在基体/NiCrAlY涂层界面处形成柯肯达尔孔洞,二次反应区及TCP相;而对于N5/ZrO_2/NiCrAlY涂层体系而言,在高温环境中,其ZrO_2活性扩散障将演变为Al_2O_3/Zr-rich/Al_2O_3三层结构,该结构能够有效抑制基体与粘结层之间的元素互扩散行为,阻止二次反应区及TCP相的出现,并且该结构具有良好的高温稳定性能。