真空等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层在1050℃的氧化行为研究

采用真空等离子喷涂(VPS)方法在DD6单晶合金基体表面制备NiCoCrAlYTa涂层,研究DD6基体和DD6/NiCoCrAlYTa涂层在1050℃的高温氧化行为,通过X射线衍射和扫描电镜研究涂层相结构和微观形貌变化。结果表明:NiCoCrAlYTa涂层氧化动力学曲线符合抛物线规律;氧化分为快速氧化和慢速氧化2个阶段,快速氧化阶段的氧化速率常数为0.00652 mg^(2)•cm^(−4)•h^(−1),慢速氧化阶段的氧化速率常数为0.00274 mg^(2)•cm^(−4)•h^(−1);在慢速氧化阶段形成较完整的氧化物防护层,有效降低涂层和基体的进一步氧化速率,其200 h氧化增重为0.9 mg/cm^(2),相较于DD6基体的氧化增重2.16 mg/cm^(2)有显著降低。采用VPS方法在DD6基体制备的NiCoCrAlYTa涂层在1050℃以下具有优异的抗氧化效果。

不同工艺NiCoCrAlYTa涂层组织形态及抗高温氧化性能研究

采用激光熔覆和大气等离子喷涂技术在镍基高温合金(GH4169)上制备NiCoCrAlYTa涂层,研究2种涂层的微观组织和高温氧化性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪观察涂层的微观组织形态和物相分析。结果表明:激光熔覆涂层中形成胞状亚结构的等轴晶凝固组织,相对于等离子喷涂涂层结构更致密。在1100℃氧化100 h后,喷涂涂层的氧化产物主要为Cr_(2)O_(3)和尖晶石,抗氧化能力降低;而激光熔覆涂层较为致密、孔隙少,氧化产物为γ-matrix、NiO和少量尖晶石,其抗氧化性能明显优于等离子喷涂涂层。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的氧化动力学

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层在900、1000和1100℃下恒温氧化200h的氧化动力学规律。通过表面XRD和SEM分析,初步探讨了氧化动力学规律与氧化产物的关系。结果表明:900℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合对数规律,氧化产物主要为θ-Al2O3相;1000℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合抛物线规律,氧化产物主要是θ-Al2O3和α-Al2O3相的混合物;1100℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化符合立方规律,氧化产物主要是α-Al2O3相。根据实验结果经计算得到NiCoCrAlYTa涂层氧化过程中θ-Al2O3的形成激活能为151.78kJ/mol,α-Al2O3的形成激活能为270.25kJ/mol。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层微观结构及抗氧化性能

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,利用OM、SEM和EDS研究了涂层的微观结构和涂层中各元素的分布,用XRD对涂层物相进行分析,测定了涂层的显微硬度和断裂韧性,并比较了涂层和合金的抗高温氧化性能。结果表明,涂层中Al、Cr、Co和Ni元素分布均匀,主要由γ-Ni、β-NiAl、γ'-Ni3Al和少量CrCoTa相组成,涂层/合金界面处形成Al、Cr、Co和Ni元素浓度台阶。涂层的显微硬度和断裂韧性分别为350.8 HV0.3和2.73 MPa.m1/2。涂层比镍基单晶高温合金的高温抗氧化性能好。

NiCoCrAlYTa涂层/镍基单晶高温合金界面再结晶

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,通过不同的真空热处理和预处理制度研究其对涂层/镍基单晶界面的影响。结果表明,1080℃真空热处理界面扩散带均产生胞状再结晶体,而1000℃和850℃无再结晶产生。预处理时喷砂压力大于0.2MPa,在1080℃,6h热处理后再进行850℃,24h时效处理界面扩散带均产生再结晶体,无喷砂时无再结晶产生。同时热处理后界面处出现元素的相互扩散及富Ta的Ni2Ta和Cr2Ta相,Ta在胞状晶内偏聚。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层高温抗氧化性能

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,研究了不同功率参数制备的涂层在900℃175h氧化后的特性,探讨了该涂层的氧化和退化机理。结果表明,3种功率制备的涂层都达到完全抗氧化级水平,其平均氧化速率分别为0.01g/m2.h、0.01g/m2.h和0.0026g/m2.h,但不同涂层的氧化行为有所不同。3种试样氧化后表面形成了大量的θ-Al2O3,并在涂层表面发生选择性氧化。X衍射分析表明,涂层发生了退化。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的组织结构及抗氧化性能

采用低压等离子喷涂在Co基高温合金K640基体上制备NiCoCrAlYTa涂层,通过XRD,SEM和EDS等方法研究低压等离子喷涂涂层和真空退火后涂层的形貌、相结构及抗氧化性能。研究结果表明:低压等离子喷涂涂层主要由γ-Ni,γ'-AlNi3和极少量的β-NiAl等相组成,元素分布均匀,涂层为典型的片层状结构,沉积界面处存在少量孔洞;真空退火处理过程促进了β-NiAl相的析出,衍射峰尖锐,元素分布不均匀,Al和Y向涂层表面扩散,Cr富集于涂层与基体的界面处;真空热处理涂层表面在氧化初期形成较多孔洞,导致涂层抗氧化能力降低。

高温镍基单晶合金NiCoCrAlYTa涂层的抗热腐蚀性能

以往,对高温镍基单晶合金上采用低压等离子喷涂制备的NiCoCrAlYTa涂层的热腐蚀性能研究较少。为此,采用低压等离子方法在镍基高温单晶合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,采用涂盐法研究了Na2SO4对试样在1123K空气中热腐蚀的影响,同时分析了NiCoCrAlYTa涂层的形貌及结构。结果表明:高温镍基单晶合金遭受了严重的热腐蚀,出现了内硫化和内氧化;NiCoCrAlYTa涂层由于表面生成了致密、保护性的Al2O3膜,以及涂层中Cr和Ta元素的作用而表现出优异的抗热腐蚀性能。结果证实,NiCoCrAlYTa涂层可以很好地提高单晶合金的抗热腐蚀性能。

氧化时间对NiCoCrAlYTa涂层/镍基高温合金界面显微组织影响

采用真空等离子喷涂技术在DD407合金和DD6合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层。通过SEM、EDS等方法研究了900℃不同氧化时间下经热处理后NiCoCrAlYTa涂层/DD407合金和NiCoCrAlYTa涂层/DD6合金的界面组织。结果表明,随着氧化时间延长,NiCoCrAlYTa涂层/DD407合金界面扩散层组织析出σ相,σ相形状发生明显变化,并且界面扩散层厚度缓慢增加,扩散系数为13.32μm/h;随着氧化时间延长,NiCoCrAlYTa涂层/DD6合金界面扩散层析出TCP相(σ相和μ相),TCP相形状未发生明显变化,并且界面扩散层厚度缓慢增加,扩散系数为3.85μm/h。

NiCoCrAlYTa涂层与镍基高温合金基体互扩散行为研究

采用大气等离子喷涂技术(APS)在镍基高温合金GH536上制备Ni Co Cr Al YTa涂层。通过SEM、EDS等方法研究了Ni Co Cr Al YTa涂层与合金基材在1000℃下界面的元素或扩散行为及涂层组织演变规律。结果表明:随着氧化时间延长,涂层中的Co、Al及基材中的Fe、Mo发生了明显的互扩散,涂层中发生了β→γ’→γ的相转变。氧化500h后,元素Y、Ta扩散到了涂层氧化膜中,靠近界面处的涂层基体中出现了大量横向排列、尺寸在5μm左右的富Ta相,形成了一个扩散障,减缓了涂层与基材之间元素互扩散。

镍基单晶低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层高温高周疲劳性能

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,研究了在大气环境870℃高温、轴向应力控制方式和应力比R=0.1条件下,有涂层的镍基单晶的高周疲劳性能,并与无涂层的镍基单晶高周疲劳性能进行了比较。通过失效分析,对有涂层的镍基单晶疲劳裂纹源形成与扩展机制进行了初步探讨。结果表明,有涂层的镍基单晶疲劳极限为480MPa,无涂层的镍基单晶疲劳极限为440MPa,涂层提高了镍基单晶基体疲劳极限,提高幅度约9.1%。在480MPa至580MPa应力幅范围内,有涂层的镍基单晶疲劳寿命高于无涂层镍基单晶。有涂层的镍基单晶疲劳断裂试样的裂纹源均来自基体内部,疲劳寿命主要取决于疲劳裂纹源孕育及形成寿命。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的高温氧化行为

采用低压等离子喷涂技术在钴基高温合金K640表面制备了NiCoCrAlYTa合金涂层,利用XRD、SEM和EDS等研究了涂层的高温氧化行为。结果表明:该涂层在900℃的恒温氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化速率常数Kp为0.33×10-6mg2.cm-4.s-1;温度为1 050℃时,氧化初期的Kp值约为1.95×10-6mg2.cm-4.s-1,随着氧化时间的延长,氧化速率迅速降低;涂层在氧化过程中,表面先形成-θAl2O3,随着氧化时间的延长,-θAl2O3向-αAl2O3转变,且氧化温度越高转变速率越快,900℃氧化120 h后涂层表面仍存在-θAl2O3,而1 050℃氧化10 h后-θAl2O3就已基本完全转变;氧化过程中,基体与涂层之间发生互扩散;氧化后涂层中析出白色的颗粒状富钽相。

电弧离子镀工艺参数对NiCoCrAlYTa涂层沉积的影响

目的研究工艺参数中的气压、偏压、弧电流对该涂层沉积速率、组织结构、成分的影响。方法采用电弧离子镀技术,利用正交试验改变气压、偏压、弧电流三种工艺参数,在镍高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,借助SEM分析涂层的截表面形貌,EDS检测涂层成分,金相显微镜检测涂层的孔隙率,3D轮廓仪测量涂层厚度。结果弧电流对沉积速率的影响最大,其次为偏压,最小的是气压;偏压对涂层孔隙率的影响最大,其次为气压,最小的是弧电流。随着偏压的增大,涂层由柱状结构转变成层状结构。随着电流增大,涂层表面大颗粒数量先增后减。涂层成分相对靶材成分都发生了离析,涂层中的Ni、Al含量较靶材的下降,Co、Cr含量较靶材的上升,并且随着偏压的增大,成分离析加剧;随着电流的增加,成分离析先加剧后减弱;气压对成分离析的影响不明显。结论低气压和高电流有利于提高涂层的致密性,并减弱涂层成分的离析,减少涂层中重要元素Al的流失。实验得出的最优工艺为气压0.5 Pa,电流110 A,偏压可根据性能检测进一步优化。

不同工艺NiCoCrAlYTa涂层的抗高温氧化性能

在镍基单晶高温合金上采用大气等离子喷涂（APS）和低压等离子喷涂（LPPS）方法制备两种NiCoCrAlYTa涂层,研究了涂层的1100℃抗高温氧化性能。通过XRD、SEM和EDS研究了两种涂层的相结构、微观形貌及元素分布等。结果表明：两种涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,其中APS涂层的氧化速率常数K_p=0.0782 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）,LPPS涂层在氧化前期100 h氧化速率常数K_（p1）=0.0606 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）,而后期氧化速率常数K_（p2）=0.0245 mg^2·cm^（-4）·h^（-1）。由于APS喷涂工艺特点,涂层有大量孔隙,涂层内部氧化严重,氧化产物主要为Cr_2O_3和尖晶石,抗氧化能力降低;而LPPS涂层较为致密、孔隙少,氧化产物为α-Al_2O_3、γ-matrix和尖晶石;LPPS涂层的抗氧化性能明显优于APS涂层。

不同喷涂工艺下NiCoCrAlYTa涂层的显微结构和性能

为探索不同喷涂工艺对NiCoCrAlYTa涂层的显微结构和性能的影响规律,确定最优工艺,采用大气等离子、低压等离子、常规超音速火焰和低温超音速火焰4种工艺在镍基单晶高温合金表面制备了NiCoCrAlYTa涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等分析手段对喷涂态涂层的相组成、显微结构和显微硬度等进行了表征。结果表明,不同喷涂工艺下涂层的相组成均为γ′-Ni_3Al、β-NiAl和γ-Ni固溶体。低压等离子和超音速火焰喷涂的涂层致密且孔隙率低,其中超音速火焰喷涂的涂层孔隙率低于1%。低压等离子和低温超音速火焰喷涂的涂层氧含量很低,控制在0.3%~0.6%的范围。综合来说,低温超音速火焰喷涂工艺制备的涂层结构致密,孔隙率和氧含量很低。该工艺是沉积NiCoCrAlYTa涂层的首选。

涡轮叶片NiCoCrAlYTa涂层抗高温氧化和腐蚀性能测试研究

目的保障涡轮叶片的安全可靠应用,研究NiCoCrAlYTa涂层的高温氧化和燃气热腐蚀行为。方法针对有无涂层的涡轮叶片试样,分别进行1050℃/100 h的抗氧化试验和950℃/100 h的燃气热腐蚀试验,同时分析试验后合金基体和涂层的微观形貌。结果抗氧化试验后,无涂层试样的平均氧化皮脱落量和平均氧化速率分别是带涂层试样的10倍和3倍左右,无涂层试样叶身表面可见大量氧化皮脱落形成的凹坑,带涂层试样的涂层完好,基体未见氧化特征。燃气热腐蚀试验后,无涂层试样的腐蚀速率是带涂层试样的3倍,无涂层试样叶身表面可见较多腐蚀坑,有涂层试样的涂层未被明显腐蚀。结论 NiCoCrAlYTa涂层在经过长时间高温氧化和腐蚀后仍能形成完整的Al_2O_3膜,从而起到较好的保护作用。Ta、Y等元素对Al_2O_3氧化膜的形成及质量具有促进作用。

等离子喷涂Al_2O_3/Cr_2O_3-NiCoCrAlYTa涂层的成分控制与组织性能研究

采用大气等离子喷涂设备(APS),在0Cr25Ni20不锈钢基体上制备了Al_2O_3-Cr_2O_3/NiCoCrAlYTa涂层。通过调整Al_2O_3、Cr_2O_3配比获得了不同组织特性的涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计、图像衬度分析对涂层进行研究。结果表明:涂层内部呈现层状结构,并存在一定数量的气孔和裂纹。涂层中存在Cr_2O_3、Ni_3Al、Al_2O_3等晶体相和少量非晶相。涂层的孔隙率与显微硬度呈现负相关关系,在Al_2O_3和Cr_2O_3的质量百分数比为3∶2时,孔隙率达到最小值,显微硬度达到最高值。

电弧离子镀NiCoCrAlYTa涂层制备及其高温防护性能研究

为进一步提升高温合金材料的服役性能,利用真空阴极电弧离子镀技术在DZ22B高温合金上沉积NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层对基材力学性能的影响和高温性能等。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,用X射线衍射仪分析涂层的物相组成,用万能试验机检测室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能。结果表明:所沉积的NiCoCrAlYTa涂层厚度达60μm以上,经热处理后,涂层更加致密且与基体因互扩散实现了冶金结合;NiCoCrAlYTa涂层的相组织主要为γ′-Ni3Al/γ-Ni。表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,对DZ22B基材的室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能虽稍有影响,但均能满足应用的要求。在1050℃高温下,NiCoCrAlYTa涂层表面形成了一层致密的氧化层,从而减缓了氧化速度,其氧化速度仅为DZ22B基材的50%;DZ22B基材表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,抗950℃燃气热腐蚀能力提高了225倍。

涡轮叶片NiCoCrAlYTa涂层超声测厚

NiCoCrAlYTa涂层作为航空发动机高温部件的抗氧化涂层而得到广泛应用,涂层的厚度影响其抗氧化性能。利用超声波在涂层和基体间传播中的信号突变现象,采用小波变换技术分离出信号突变点和突变点间时间间隔,计算出涂层厚度,并应用于带有NiCoCrAlYTa涂层的涡轮叶片厚度测量,超声涂层厚度测量结果与金相解剖厚度测量数据进行对比,研究结果表明,使用的超声涂层厚度测量方法获得的涂层与金相法测厚数据基本接近,在平均厚度150μm,测量相对误差在5%以内。

NiCoCrAlYTa涂层的结构研究

采用低压等离子喷涂方法在单晶镍基高温合金上制备出组织均匀致密、结合良好的Ｎｉ－Ｃｏ－Ｃｒ－ＡＬ－Ｙ－Ｔａ涂层．运用光学显微镜，ＥＰＭＡ，ＳＥＭ，ＸＲＤ等分析手段对喷涂态和热处理态涂层的相结构、相成分及界面结构进行了分析．