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。

渗铝时间对PtAl涂层高温抗氧化行为的影响

以镍基高温合金GH586为基体材料,采用电镀Pt和固体粉末包埋渗铝的方法在其表面制备PtAl涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对不同渗铝时间下PtAl涂层的高温氧化过程中各阶段的物相结构及微观组织变化进行表征及分析。研究表明,在高温氧化过程中,随着渗铝时间的增加,涂层中β-NiAl相转变为γ'-Ni_3Al相的几率越小,迅速生成Al_2O_3膜的时间越短,形成起扩散障作用的Cr、W等元素富集区的厚度越大,从而大大提高了镍基合金的抗氧化性。渗铝3 h的PtAl涂层具有最优的抗氧化性能,其氧化速率常数k_(3h)=1.17×10^(-6)。

N5单晶与PtAl涂层的高温互扩散

为研究铂改性铝化物(PtAl)涂层与N5镍基单晶高温合金之间的氧化及互扩散的行为,对体系进行了1100℃静态氧化实验。涂层的制备方式为电镀Pt和化学气相沉积法(CVD)渗铝,采用真空热处理炉进行热扩散处理;PtAl涂层氧化前后的微观形貌、相结构组成和元素含量的变化采用SEM、XRD和EDS等方法进行分析。采用CVD方法制备PtAl涂层,热扩散处理后形成厚约18.7μm的互扩散带,无二次反应区;氧化500 h后,互扩散带厚度增加至34.6μm左右,并出现二次反应区,其厚度为56.6μm。二次反应区中因Ni元素扩散后晶体结构留下的空位被难熔金属(Ta、W、Re)占据导致析出TCP有害相。铂铝涂层的存在可提高体系的抗氧化性能,但不能阻止互扩散,涂层与基体间的互扩散导致化学元素成分变化和相结构的转变。

基体厚度对PtAl涂层与镍基单晶高温合金互扩散行为的影响

采用电镀Pt气相渗铝的方法,在不同厚度(0.8,1.0和1.3 mm)的镍基单晶高温合金基体表面制备了单相的β-(Ni,Pt)Al涂层.利用SEM/EDS及EPMA等表征方法,研究试样在1100℃热暴露200 h过程中涂层/基体界面的微观结构演变和各组元的元素分布.结果表明:不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样在1100℃热暴露200 h后截面微观形貌无明显差异,热暴露36 h后在互扩散区下方均形成了分布有TCP相的二次反应区,热暴露200 h后基体厚度为0.8,1.0和1.3 mm的试样中SRZ厚度分别为37,35和34μm;不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样,在1100℃热暴露200 h后成分分布无明显差异,涂层与基体间主要发生Ni,Co,Cr和Ru的外扩散及Pt和Al的内扩散.

铂改性铝化物涂层的应用与发展

作为重要的高温防护涂层或热障涂层的粘结层,扩散型铂改性铝化物涂层(PtAl涂层)在国外已获得批量化应用,自PtAl涂层商业化应用至今约50年时间内,PtAl涂层在制备工艺技术、微观结构和成分控制等方面得到了系统优化和发展,已形成了系列化涂层。在PtAl涂层技术方面,国内与国外尚存较大的差距,在单晶高温合金发展和燃气涡轮发动机对高性能高温防护涂层需求的驱动下,国内大力开展了PtAl及改性PtAl涂层的研制工作。在此背景下,本文对PtAl涂层的发展、应用、性能特征、Pt的作用机理和最新研究进展进行了综述,并系统介绍了PtAl涂层组织结构特征及其制备技术,最后展望了国内在PtAl涂层发展方向。