GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe_(2)O_(3))萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm^(2)。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al2O3屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm^(2),随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm^(2)。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提高GH907高温合金高温抗氧化性能。

高低温交替海洋环境下NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的腐蚀失效机理

为探究NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在高低温交替海洋环境中的腐蚀损伤和退化机理,通过设计高-低温氧化交替和高温氧化-酸性盐雾交替试验,对NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层腐蚀损伤开展研究。试验结果表明,经750℃高-低温交替氧化50次循环后,涂层在氧化试验中发生氧化侵蚀,但表面结构完整性并未受到破坏。试验结束后合金质量仅增加了3.87 mg/cm^(2),表明涂层有效抑制了氧气向内部发生扩散,避免了基体遭受氧化侵蚀。在50次高温氧化-酸性盐雾交替循环过程中,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层发生了严重的腐蚀降解,试验结束后合金质量高达13.52 mg/cm^(2)。氧化层结构因长期的盐雾侵蚀导致表面松动,萌生腐蚀孔洞甚至发生脱落。随着高温氧化-酸性盐雾交替循环次数的增加,引起涂层损伤的临界反应由氧化侵蚀转变为热腐蚀。混合盐共晶反应生成的氯气作为催化载体,加速了氧化产物的生长,证明NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在高温氧化-酸性盐雾交替环境下的抗腐蚀性能较弱。

(MCrAlY＋AlSiY)复合涂层的高温氧化行为

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金K465上制备了(MCrAlY+AlSiY)复合涂层,分析了复合涂层的组织及结构,对比研究了NiCoCrAlYSiB单一涂层及(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)复合涂层分别在1000及1100℃时的恒温氧化行为和从1000℃到室温的循环氧化行为.结果表明:退火后复合涂层外层主要由β-(Ni,Co)Al相及少量σ-NiCoCr和Cr_3Si相组成,内层主要是富Cr相及少量β-(Ni,Co)Al相.氧化过程中由于Al的消耗,单一涂层表面生成了尖晶石和NiO,而复合涂层中的β-(Ni,Co)Al相退化成γ/γ′相,提供Al源支持表面A1_2O_3膜的形成和修复,从而提高了抗高温氧化性能.

AlSiY扩散涂层的高温氧化及热腐蚀行为

采用电弧离子镀技术和后续扩散处理,制备了AlSiY扩散涂层。同时研究了AlSiY扩散涂层在1000℃下的高温氧化行为和900℃下Na2SO4+NaCl混合盐中的热腐蚀行为。实验结果表明:AlSiY扩散涂层主要由β-NiAl相以及一些弥散分布的α-W、CoWSi相组成。氧化和腐蚀过程中涂层中β-NiAl相提供Al源在表面形成了连续致密的Al2O3膜,使涂层具有很好的抗高温氧化和抗热腐蚀能力。

镍基高温合金用AlSi/AlSiY涂层抗高温氧化性能研究

采用热浸镀的方法,在镍基高温合金DZ125样品表面制备Al、AlSi和AlSiY三种不同的铝化物涂层,研究1 000℃时涂层的抗高温氧化性能。利用扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDX)对合金涂层的形貌以及元素成分分布进行观察分析。研究结果表明:在高温环境下,Al元素快速与氧反应生成氧化铝层。由于元素之间的相互扩散,纯Al涂层中的Al元素快速消耗,导致整个涂层的快速失效。AlSi和AlSiY涂层由于Si富集层的形成,有效地阻止了元素的互扩散,提高了涂层的抗氧化性能。AlSiY涂层中Y元素的添加,Si富集层更加均匀致密,并且Y与Si、Cr、Mo电负性差值较大,更易形成稳定化合物,极大提高了涂层使用寿命。AlSiY涂层的抗高温氧化性能更优于纯Al和AlSi涂层。

湿吹砂电弧离子镀AlSiY涂层的抗高温腐蚀性能

为解决和减轻航空发动机及燃气轮机高压涡轮叶片合金表面的高温腐蚀问题,采用空心阴极电弧离子镀技术在DZ22定向凝固镍基高温合金表面沉积AlSiY涂层。结果表明,沉积的AlSiY涂层经过高温真空扩散热处理后由表面层、中间层和薄的内扩散层组成,为β–NiAl单相金属间化合物合金,具有高活度扩散渗铝涂层的组织特征。热腐蚀热重分析以及对涂层截面形貌观察结果说明湿吹砂处理显著改善了涂层抗涂盐及燃气高温腐蚀性能。未湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层表面的涂盐和燃气热腐蚀产物皆为Al_(2)O_(3)和NiAl_(2)O_(4),氧化膜较厚且涂层内有孔洞形成,涂层几乎全部退化成了γ′–Ni_(3)Al相。经过湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层的涂盐和燃气热腐蚀产物都以Al_(2)O_(3)为主,生成的氧化铝膜薄而致密,显著改善涂层的抗高温热腐蚀性能,从而延长涂层的使用寿命。

MCrAlY+AlSiY复合涂层在航空发动机上的应用

MCrAlY涂层既可作为包覆涂层,也可作为热障涂层的粘结层,已被广泛应用;而MCrAlY+AlSiY复合涂层因具备抗氧化、抗高温热腐蚀能力,而备受关注。论述了MCrAlY+AlSiY复合涂层的制备技术、氧化与热腐蚀行为等,并分析了其在航空发动机上的应用前景。