难熔金属表面高温防护涂层抗热震性能研究现状

难熔金属及其合金具有高温强度优异、加工塑性好、耐腐蚀性好等优点,在航空、航天和核工业领域中得到了广泛应用,是一种重要的高温结构材料。但难熔金属及其合金因其自身易氧化的缺点,导致材料在未达到服役温度时就发生严重氧化,从而快速失效。目前,高性能高温防护涂层是保障难熔合金服役性能的关键,然而难熔金属及其合金表面高温防护涂层的实际服役工况非常苛刻,往往伴随着强热震,是导致涂层失效的重要原因。因此,难熔金属表面高温防护涂层在具备优异恒温抗氧化性能的前提下,还需具备良好的抗热震性能。综述了难熔金属表面高温防护涂层的热震失效机制,讨论了影响涂层抗热震性能的关键参数;阐述了难熔金属表面硅化物、金属和复合涂层3类主要涂层体系抗热震性能的研究现状,重点回顾了优化涂层结构、添加陶瓷颗粒以及设计复合涂层等提高涂层抗热震性能的方法及其改善效果;最后,从降低涂层与基体间的热膨胀系数失配度、改善基体/涂层界面结合性能以及设计复合梯度涂层3个方面展望了未来难熔金属高温防护涂层的发展方向。

高温防护涂层氧化技术在燃气轮机涡轮叶片中的应用研究

针对高温防护涂层氧化技术的应用对策展开探讨,简要介绍了燃气轮机涡轮叶片的工作环境,以及高温防护涂层的作用,进一步针对高温防护涂层技术要点进行分析,包括涂层材料以及制备工艺两个方面,深入探讨了高温防护涂层氧化技术,包括氧化机制、影响因素以及分析方法,最后总结提出了提高高温防护涂层抗氧化性能的有效对策。根据研究结果可知,通过加强材料选择、优化制备工艺等,能够有效提高涂层性能,延长叶片使用寿命。研究结果可为相关人员提供参考,充实理论技术研究内容。

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果,分析了钼在不同温度区间的氧化特征,并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面,概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系,主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层,重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时,对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法,主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后,对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。

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。

钛表面高温防护涂层研究进展

对高温钛合金及钛铝金属间化合物而言,施加合适的高温防护涂层是目前实现长时间有效高温防护的唯一选择。回顾了钛表面五大高温防护涂层体系的发展现状,即热扩散渗铝(硅)涂层、金属间化合物包覆涂层、氮化物陶瓷涂层、搪瓷涂层以及惰性氧化物陶瓷涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、改性方法以及失效机制。现阶段,单一的高温防护涂层体系及其制备方法在钛合金实际应用中依然存在着较大的局限性,设计和发展具有优异综合性能的新型高温防护涂层并发展相应的高效制备方法,仍是高温钛合金防护领域亟待解决的问题。

铝化物高温防护涂层的现状

介绍了高温防护涂层的主要类型、制备方法及其失效方式,重点突出了铝化物涂层在高温防护领域的重要性和高温涂层、高温氧化问题研究的重要性,从而点出了应该进一步深入地研究铝化物涂层高温氧化规律的重要意义。

含镍合金钢用Mg-Al-O高温防护涂层作用机理研究

采用空气喷涂法在SPA-H含镍合金钢表面制备了Mg-Al-O高温防护涂层,研究了涂层对SPA-H合金钢的高温氧化行为及氧化皮粘附性的影响。采用金相显微镜对喷涂样和空白样的剖面和表面形貌进行表征,采用SEM和EDX分析氧化皮中元素分布,研究Mg-Al-O涂层的作用过程和防护机理。结果表明:涂层可以大幅度提高SPA-H合金钢高温耐氧化腐蚀能力,在1 100℃、1 200℃、1 250℃下恒温2 h,降低氧化烧损分别为47.2%、41.3%、41.5%。涂层在钢坯表面和基体生成的氧化皮发生反应,生成尖晶石结构,抑制阳离子扩散速率。同时通过减少基体和涂层界面处Ni、Cr氧化物的生成量,改善热轧前氧化皮的剥落性能,提高后期产品表面质量。

含Hf高温防护涂层初步研究

ＮｉＣｏＣｒＡｌＹＨｆ涂层在１１５０℃氧化试验中表现出优良的的抗氧化性能。研究表明，Ｈｆ的氧化物不均匀地分布于Ａｌ２Ｏ３氧化膜中，Ｈｆ元素的存在提高了涂层保护性氧化膜的稳定性，对提高涂层抗氧化性能起重要作用。

电站锅炉炉管高温防护涂层应用及问题防范

对锅炉炉管表面高温防腐耐磨涂料的研制进行了总结和理论分析 ,给出了几次工程使用的经验教训 ,并提出了相关建议。

活性元素改性高温防护涂层的研究现状

活性元素(RE)可以显著降低合金的氧化速率和提高氧化膜的抗剥落性能,在高温合金及高温防护涂层上已经得到了大量商业应用,但至今对其微观作用机制尚无统一认识,相关理论体系也不完整。从RE改性高温防护涂层的制备、RE效应及作用模型、过掺杂和共掺杂效应等方面,概述了活性元素在高温防护涂层领域应用的最新进展。重点分析了RE添加对高温过程中氧化膜生长机制、微观结构和氧化膜粘附性能的影响,过量掺杂对抗氧化性能的危害以及多种RE掺杂对合金基体的改善作用。RE改性要在高温防护涂层上体现最佳效果,除需关注RE掺杂对氧化膜生长和氧化膜/涂层基体界面结合状态的影响外,还必须考虑涂层和合金基体的互扩散、涂层中的氧含量、涂层厚度等因素对RE添加种类和添加量的影响。针对目前的研究结果,提出RE改性高温防护涂层在应用上最亟待解决的问题,是确定不同合金体系中RE掺杂的最佳种类和含量。最后,对未来的研究方向进行了展望。

超音速电弧喷涂高温防护涂层的研究进展

综述了超音速电弧喷涂高温防护涂层的研究进展,介绍了涂层的种类、制备方法,展望了高温防护涂层的发展趋势。着重阐述了超音速电弧喷涂防护涂层的抗高温氧化性能,研究和优化新型喷涂丝材与涂层的化学成分、组织,提高涂层的组织结构稳定性和使用性能,促进高温防护涂层的发展。

Ti2AlNb基合金高温防护涂层的研究现状

Ti2AlNb基合金具有密度低、比强度高、优良的断裂韧性和抗蠕变性等优点,但仍然存在高温抗氧化性能和耐腐蚀性能较差,以及硬度较低和耐磨性不足等问题,限制了该合金的实际应用。在Ti2AlNb基合金表面制备防护涂层是保证其在高温服役可靠性的重要方法。综述了国内外Ti2AlNb基合金高温防护涂层体系及其制备技术的研究现状,系统分析了涂层的高温抗氧化性能、抗热腐蚀性能及摩擦磨损性能,讨论了目前达到的性能水平及面临的问题和挑战,展望了Ti2AlNb基合金高温防护涂层的发展方向。

AlCrON扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层高温防护性能的影响

为进一步提升航空发动机涡轮叶片的高温防护性能和服役寿命,利用电弧离子镀技术在NiCrAlYSi涂层和高温合金基体之间加入AlCrON扩散阻挡层,解决高温防护涂层与基体间因元素互扩散而导致快速失效的难题,以提高涂层耐热能力。采用SEM、XRD、EDS等研究扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层恒温氧化后的微观形貌、化学成分和物相组成的影响,并探讨AlCrON扩散阻挡层的作用机理和涂层体系的抗氧化能力。研究表明:NiCrAlYSi高温防护涂层经1 000℃恒温氧化后,含扩散阻挡层体系氧化增重明显低于无扩散阻挡层体系;涂层表面以α-Al_(2)O_(3)相为主,但不含扩散阻挡层的涂层表面还存在NiCr_(2)O_(4)尖晶石相与TiO_(2)相;高温氧化100 h后,含扩散阻挡层的涂层表面Al元素和Cr元素含量分别为37.23 wt%和0.70 wt%,无扩散阻挡层的涂层表面Al元素和Cr元素含量分别为33.96 wt%和0.29 wt%,扩散阻挡层的引入改变了涂层内部Al、Cr含量梯度分布,利于涂层表面生成连续致密的Al_(2)O_(3)保护膜,且增强了涂层与高温合金基体的结合。研制的AlCrON扩散阻挡层能有效抑制NiCrAlYSi涂层与高温合金基体间的元素互扩散,提升航空发动机涡轮叶片的高温防护性能。

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。

AlCrO扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层高温防护性能的影响

针对发动机的关键零件涡轮叶片长期处于高温高压的工作环境中,易造成MCrAlY涂层与基体间的元素互扩散严重降低涡轮叶片的服役寿命问题。利用电弧离子镀技术在NiCrAlYSi涂层和高温合金基体之间加入AlCrO扩散阻挡层,可保护基体并抑制元素互扩散行为,从而提升涂层的耐高温性能。采用SEM、XRD、EDS等方法研究扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层恒温氧化后的微观形貌、化学成分和物相组成的影响,并探讨AlCrO扩散阻挡层的作用机理和涂层体系的抗氧化能力。研究表明:NiCrAlYSi高温防护涂层经1000℃恒温氧化后,无扩散阻挡层体系氧化增重明显高于含扩散阻挡层体系:NiCrAlYSi涂层表面,主要成分为γ/γ′-Ni相,不含扩散阻挡层的涂层表面检测出少量非保护性NiCr2O4尖晶石相与TiO2相:通过AlCrO扩散阻挡层增加了涂层中的Al等有益元素,从而形成连续致密、隔热能力好、抗氧化能力强、力学性能优异的α-Al2O3保护层。通过第三元素作用添加Cr元素,降低了涂层形成Al2O3膜所需要的临界Al含量。

高温防护涂层研究进展

简要介绍了高温防护涂层的发展进程,特别关注航空航天领域中几种常用的高温涂层,包括扩散涂层、MCrAlY包覆涂层和热障涂层;介绍了新概念涂层和玻璃基复合涂层等特色高温防护涂层;综述了国内外关于包括抗氧化或耐腐蚀涂层、热障涂层和扩散阻挡层等高温涂层的最新研究进展;还讨论了高温涂层未来的发展。

X80管线钢多功能耐高温暂时性涂层防护研究

制备了适用于X80管线钢的高温防护多功能暂时性涂层,并对其防护机理进行了分析。该新型防护涂层在1250°C下可使X80管线钢高温表面氧化烧损降低40%以上,同时有效降低了氧化铁皮的脱除难度。EDX面扫描分析结果表明,新型防护涂层改善了氧化层的致密层结构,提高了外层致密层占氧化层总厚度的百分比,弱化了底层致密层的富硅性能。多功能暂时性涂层的研究和应用将为我国X80管线钢的生产工艺革新和产品合格率的提高提供有益的借鉴。

高温氧化防护涂层寿命预测的基础理论问题

介绍了高温氧化的动力学理论和高温循环氧化膜剥落的统计规律 ;理论计算了高温氧化动力学常数kp,氧化膜裂纹密度指数m和氧化剥落常数q ;