两种MCrAlY涂层与DD98M合金的互扩散行为

为研究MCrAlY涂层与DD98M合金的互扩散行为,采用多弧离子镀技术在DD98M合金表面制备了NiCrAlY与NiCoCrAlY涂层,运用XRD、SEM/EDS、EPMA、TEM等方法分别分析了两种MCrAlY涂层对DD98M合金恒温氧化及互扩散行为的影响。结果表明:在1 050℃氧化100 h后,NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层表面均形成了一层连续致密的以α-Al2O3为主的保护膜,显著提高了DD98M合金的抗氧化性能。两种MCrAlY涂层与DD98M合金之间形成了因互扩散而导致的互扩散区(IDZ);在NiCoCrAlY涂层试样中还形成了二次反应区(SRZ),但在NiCrAlY涂层试样中却并未发现。NiCoCrAlY涂层试样形成的SRZ中析出了很多针状与颗粒状的μ-TCP相;NiCrAlY涂层试样,合金基体γ/γ′结构中γ′相的体积分数没有明显增加,基体的化学组成与原始成分相比也没有发生明显改变,因此抑制了SRZ的形成。

纳米晶涂层对DD98M合金热腐蚀行为的影响

为了研究纳米化对DD98M合金热腐蚀行为的影响,采用磁控溅射的方法制备了与其成分相同的纳米晶涂层。运用XRD、SEM/EDS、TEM分别分析了涂层的结构和热腐蚀性能。结果表明:沉积态的纳米晶涂层呈柱状晶结构,有大量沿沉积方向的柱状晶界,晶粒宽度为30~100 nm。涂层为单一的γ相且具有明显的(111)择优取向。在900℃Na_2SO_4+25%K_2SO_4以及Na_2SO_4+25%Na Cl盐中,DD98M合金在5 h内就发生了严重腐蚀。纳米晶涂层在熔融Na_2SO_4+25%K2SO4中表现出了良好的热腐蚀性能,但在Na_2SO_4+25%Na Cl盐中,纳米晶及其预氧化涂层对DD98M合金的抗热腐蚀性能的提高并不明显。纳米晶促进了涂层表面Al_2O_3膜在空气中和熔融Na_2SO_4+25%K2SO4盐中的快速形成,显著提高了DD98M合金在硫酸盐中的抗热腐蚀性能,预氧化处理则使涂层的抗热腐蚀能力进一步提高。

DD98M合金热障涂层在硫酸盐中的热腐蚀行为

为了使DD98M合金能够尽早应用于航空发动机,采用X射线衍射(XRD)、带能谱的扫描电镜(SEM/EDS)等分析测试手段,研究了DD98M合金热障涂层在硫酸盐中的热腐蚀行为。结果表明:在900℃的Na2SO4+25 wt.%K2SO4硫酸盐中腐蚀时,未施加防护涂层的二代无Re单晶合金DD98M在仅20 h内发生了严重腐蚀,形成的腐蚀产物膜鼓包且剥落严重。相比之下,施加了热障涂层的DD98M试样在腐蚀100 h后表面完好,在粘结层与隔热层间形成一层薄薄连续且致密的热生长氧化物(TGO)。热障涂层极大地增强了DD98M合金抗硫盐热腐蚀能力。

长期时效条件下Cr、Mo、W对DD98M合金铸态组织与性能的影响

基于团簇加连接原子模型和镍基高温合金理想成分式,对DD98M合金进行成分解析和再设计,降低Cr、Mo、W元素含量,得到DD98MC合金。利用真空感应熔炼制备2种合金的母合金,并进行固溶时效和1273 K下的长期时效。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试方法对2种合金时效后的铸态组织进行研究,分析高温长期时效和Cr、Mo、W对合金铸态组织和性能的影响。结果表明,长期时效会引起γ’相的部分分解,促进元素扩散,加剧元素偏析。随长期时效时间的延长,γ’相粗化长大乃至出现筏化,硬度降低,错配度绝对值减小,γ’相立方度降低。随Cr、Mo、W元素含量降低,错配度绝对值减小,γ’相立方度降低,硬度降低。DD98M合金长期时效出现了γ’相筏化,在晶界和晶内有粗大的γ’相形成和大量的σ相析出。DD98MC合金长期时效只在晶界处有σ相和MC型碳化物析出。与DD98M相比DD98MC有更好的组织稳定性和机械性能。

DD98M纳米晶AlSi渗层制备及抗高温腐蚀性能研究

采用磁控溅射技术在DD98M合金表面制备了同成份的纳米晶,采用多弧离子镀技术在DD98M纳米晶涂层表面沉积了AlSi涂层,对上述制备态纳米晶+AlSi复合涂层进行了真空扩散处理,得到了外层为β-NiAl层、内层为γ'-Ni_3Al层的双层结构复合涂层。研究了合金、DD98M纳米晶涂层及复合涂层在1050℃恒温氧化及900℃下Na_2SO_4+25%K_2SO_4混合熔盐体系中的热腐蚀行为。结果表明:1050℃恒温氧化时,DD98M合金表面生成NiO,α-Al_2O_3,Ta_(0.8)O_2,CrTaO_4及NiAl_2O_4等组成的混合氧化物膜,氧化膜开裂剥落严重。纳米晶涂层表面生成α-Al_2O_3和少量NiAl_2O_4组成的混合氧化物膜,复合涂层表面形成了均匀致密的单一α-Al_2O_3膜。纳米晶涂层和复合涂层大幅提高了合金的抗恒温氧化性能。在900℃下Na_2SO_4+25%K_2SO_4熔盐中,DD98M合金20 h后即发生了灾难性腐蚀,沉积态纳米晶及其预氧化涂层提高了合金的抗热腐蚀性能,复合涂层大幅提高了合金的抗热腐蚀性能。