改性MCrAlY(M=Ni,NiCo)涂层的制备及性能研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qweasd21
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本文采用电弧离子镀方法制备了 NiCrAlYSc涂层、NiCoCrAlYHfZr涂层以及梯度NiCoCrAlYHfZr涂层。通过XRD、SEM/EDS、TEM和EPMA等手段研究了几种涂层在高温氧化和热腐蚀条件下的微观结构以及组织演变和退化过程。主要研究结果如下:采用电弧离子镀方法在DD26基体上制备了 Sc含量(wt.%)为0、0.2、0.4和1.0的四种NiCrAlYSc涂层。退火处理后,四种涂层均由γ’/γ相和少量的β-NiAl相组成。900℃恒温氧化时,0.2 wt.%Sc改性涂层氧化增重最小,其表面氧化膜为致密的α-Al203膜,其余三种涂层表面则被针片状氧化物所覆盖。1 1 00℃恒温氧化及循环氧化条件下,0.2 wt.%Sc改性涂层表面氧化膜未发现有明显剥落,其余三种涂层表面均出现不同程度的剥落且能够检测到NiAl204尖晶石相。少量Sc的添加可以增强氧化膜的粘附性,从而提高涂层的抗高温氧化性能。但Sc的添加对涂层抗热腐蚀性能的提升有限,在Na2SO4+K2SO4混合盐中,四种涂层热腐蚀100 h后均进入加速腐蚀阶段,在稳定腐蚀阶段,1.0 wt.%Sc改性涂层表面生成均匀连续的Al2O3膜,表现出较好的抗热腐蚀能力,而在Na2SO4+NaCl混合盐中,0.4 wt.%Sc改性涂层的抗热腐蚀性能较好,涂层内部内氧化和内硫化程度最轻。采用电弧离子镀技术在四代单晶高温合金DD91上制备了 NiCoCrAlYHfZr涂层,并以NiCoCrAlY涂层作为对比。真空退火后,两种涂层均由γ’-Ni3Al相和β-(Ni,Co)Al相以及少量的NiCoCr相组成,β相在涂层内弥散分布。1100℃恒温氧化和1150℃循环氧化结果表明,NiCoCrAlYHfZr涂层表现出更强的保护能力,Hf和Zr的添加改善了涂层表面氧化膜的粘附性,从而增强了涂层的抗高温氧化性能。在高温氧化过程中两种涂层均与基体发生明显互扩散,但NiCoCrAlYHfZr涂层形成的二次反应区厚度以及二次反应区内析出的TCP相的尺寸和数量均明显小于NiCoCrAlY涂层。在900℃下75 wt.%Na2SO4+25 wt.%K2SO4混合盐热腐蚀过程中,两种涂层内部均保持完好,没有遭到内氧化和内硫化的破坏,表现出良好的抗热腐蚀能力。在Na2SO4+NaCl混合盐中,NaCl的存在加剧了两种涂层的腐蚀程度,但NiCoCrAlYHfZr涂层表面形成的氧化膜可以更好地隔绝大部分O和S向涂层内部入侵,从而改善涂层的抗热腐蚀性能。采用电弧离子镀方法在DD91基体上制备了梯度NiCoCrAlYHfZr涂层和梯度NiCoCrAlY涂层,两种涂层的外层主要由β相组成,而内层由γ’相和弥散分布的β相组成。在1100℃恒温氧化时,两种涂层的氧化速率和氧化增重相差不大,但梯度NiCoCrAlY涂层的氧化膜在氧化1000 h后发生较为严重的剥落。在1150℃循环氧化过程中,梯度NiCoCrAlYHfZr涂层表现出更好的氧化膜抗剥落性能。高温氧化时,由于Al的消耗,涂层中的β相逐渐转变为γ’相。梯度涂层与基体之间存在更高的Al浓度梯度,因而互扩散更为严重。在Na2SO4+K2SO4热腐蚀过程中,梯度NiCoCrAlY涂层表面氧化膜明显增厚且氧化膜内包含大量Cr的硫化物,而梯度NiCoCrAlYHfZr涂层表面氧化膜仍为纯净的Al2O3且腐蚀增重较小。两种涂层在Na2SO4+NaCl混合盐中均发生了更为严重的热腐蚀,梯度NiCoCrAlYHfZr涂层内氧化和内硫化程度较轻,腐蚀速度较慢,表现出更好的抗热腐蚀性能。
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