MCrAlY涂层的电化学法退除与再涂覆后氧化性能研究

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MCrAlY涂层作为高温防护涂层,在国内外航空、航天、舰船等装备上得到普遍的应用。其中,在航空发动机叶片上常常需要制备MCrAlY底层结合外部陶瓷面层,用以增强基体与陶瓷层的结合力,并提高其抗氧化性能。但是在该涂层制备及服役过程中常常会出现涂层质量不合格和失效现象,进而影响叶片的使用性能,造成叶片报废。由于叶片制造工艺复杂且高温合金价格昂贵,同时叶片本身的制造成本远远高于涂层。那么在保证叶片基体原有性能的前提下,对不合格或失效涂层进行去除,实现叶片的二次利用,具有极大的现实意义与经济价值。本研究中,对采用多弧离子镀方法在K38G合金表面制备的NiCoCrAlY涂层进行了化学法与电化学法退除的可行性分析,确定涂层退除最终采用电化学法,并讨论了酸组成、温度、浓度等因素对涂层退除速率的影响,最终确定退除工艺并重新涂覆涂层。本实验采用SEM、XRD、EPMA等分析手法,考察了退除涂层后的基体及再涂覆涂层的微观结构,对比了一次制备涂层与再涂覆涂层的氧化行为差异,研究了再涂覆涂层的互扩散与氧化行为。本文中的主要成果如下:(1)采用化学法与电化学法分别对NiCoCrAlY涂层进行了退除,探究了不同化学溶液中该涂层的退除速率与溶解行为,涂层仅依靠化学腐蚀作用难以迅速且有效地退除全部涂层。通过分析涂层与基体的动电位极化曲线及截面形貌,确定了硝酸体系中电化学退除涂层工艺的各参数。在涂层的退除过程中,富Al相优先溶解,涂层中各元素先后溶解于电解液中,并以稳定的阳离子状态存在。(2)涂层退除后裸露的基体表面为服役中形成的互扩散区,因而氧化预处理中元素的互扩散导致新基体的表面成分与相结构不同于原始K38G合金。再次涂覆涂层并退火后,将该涂层与一次制备涂层对比,再涂覆涂层内部Al元素发生上坡扩散,使得再涂覆涂层发生了成分与物相的转变。(3)对比一次涂层与再涂覆涂层在1000℃下的恒温及循环氧化动力学,再涂覆涂层的氧化增重均小于一次制备涂层。再涂覆涂层在高温氧化时表面生成致密而连续的Al2O3薄膜,具有良好的抗氧化与抗剥落性能。由于再涂覆涂层原始表面已存在互扩散区,该涂层新形成的互扩散区更深,二次反应区中TCP相经历消失后再析出。
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