NiCoCrAlSiY涂层的制备及高温腐蚀行为的研究

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本论文以定向凝固单晶高温合金DD32为基材,采用电弧离子镀技术沉积了两种不同Al含量的NiCoCrAlSiY涂层(M14和M19涂层)和一种梯度NiCoCrAlSiY涂层,分析了涂层的组织结构,对比研究了三种涂层在1000℃和1100℃的恒温氧化行为、在1000℃的循化氧化行为以及在900℃下Na2SO4/K2SO4(75:25,w/w)和Na2SO4/NaCl(75:25,w/w)两种混合盐中的涂盐热腐蚀行为。   M14涂层和M19涂层在退火前后组织均匀致密,与基体结合良好。涂层由较暗的β-(Ni,Co)Al相和较亮的γ/γ相及少量的α-Cr析出相组成,两涂层沉积态中Al含量分别为9wt.%和11.8wt.%。利用电弧离子镀沉积NiCoCrAlSiY和Al两层复合涂层并进行后续真空退火处理,制备了梯度NiCoCrAlSiY涂层,涂层明显分两层,外层主要由β相构成,内层主要由β相和γ/γ相构成。EPMA分析结果表明,涂层中Al含量由外到内不断降低,Cr含量不断增加。   三种涂层在1000℃下均表现出良好的抗恒温氧化能力,氧化300h后表面均为致密连续的Al2O3;1100℃下恒温氧化试验表明,梯度涂层具备最低的退化速率和很好的氧化膜修复能力,氧化200h后M19和M14涂层表面氧化膜出现了较多的裂纹和剥落,M14涂层内部出现了明显的Kirkendall孔洞;M19涂层由于相对M14涂层较高的Al含量,能在氧化后期保留更多的有益元素来抵抗更长时间的恒温氧化,而梯度涂层由于更高的Al含量,并且在氧化过程中涂层中Cr与基体中的Re和W互扩散并相互作用,在界面处析出连续的Cr-Re(w)相,充当扩散障以阻挡元素的互扩散,使其具备更低的退化速率和更好的氧化膜修复能力。   三种涂层1000℃循环氧化试验结果表明,循环200次后,梯度涂层仍以β相为主相,而M19涂层中β相基本消失;M14在循环62次后β相基本消失,在170次后出现增重波动,即氧化膜开裂和剥落,在循环200次后涂层上部出现内氧化。   三种涂层在900℃下Na2SO4/K2SO4(75:25,w/w)的混合盐中均表现出良好的抗高温热腐蚀能力,动力学曲线增重缓慢,热腐蚀100h后,表面为连续致密的Al2O3,涂层退化缓慢;三种涂层在Na2SO4/NaCl(75:25,w/w)的混合盐中热腐蚀比较明显,腐蚀100h后涂层上部均出现了明显的熔融腐蚀孔洞和部分硫化,涂层内部有益元素大量消耗,退化明显。   涂层抗高温I型热腐蚀能力和使用寿命主要取决于涂层内Al的含量,拥有高Al含量的梯度涂层可以通过牺牲部分Al2O3膜的方法来降低熔盐的碱性浓度,在及时修补的条件下表面氧化铝膜的连续性和完整性得以保持,使涂层在较长时间内一直处于腐蚀孕育期。热腐蚀100h后,涂层下层仍保持了较高的Al含量,有利于抵抗更长时间的热腐蚀。含NaCl混合盐腐蚀性增强是因为Cl-可以通过反应生成Cl2,而Cl2通过反复氯化/氧化反应扮演催化剂的角色加速金属组元的腐蚀。
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