电弧离子镀MCrAlY高温防护涂层及复合涂层的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王启民 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-11-30 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 闻立时 |
| 关键词 | 电弧离子镀 固渗法渗铝 组织结构 Ni(Co)CrAlY(SiB) 扩散阻挡层 复合涂层 (Zr Y)O2涂层 高温氧化 热腐蚀 热冲击 失效机理 |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 本论文工作以燃气轮机叶片用高温防护涂层为研究背景，对电弧离子镀技术制备MCrAlY型涂层的组织结构、高温防护性能和涂层退化机制等进行了深入的研究，并在此基础上对扩散阻挡层和复合涂层的研制与应用方面做了较系统的工作。 研究结果表明，电弧离子镀方法沉积的NiCoCrAlY型涂层具有纳米晶体的结构，主要由γ和γ΄组成，涂层呈明显的层状生长。真空退火后的涂层内部致密化，晶粒明显长大，有孪晶出现。涂层初期氧化表面生成氧化物遵照θ-Al2O3 →α-Al2O3的顺序，Si、B元素的添加有促进涂层表面Al2O3生成的作用。 电弧离子镀技术制备Ni(Co)CrAlY(SiB)涂层在1000℃下具有优异的高温氧化性能，而在1100℃下NiCoCrAlYSiB涂层表现仍较好，在NiCoCrAlY涂层中添加Si、B元素有利于改善涂层表面生成α-Al2O3保护性氧化膜的粘附性。NiCrAlYSi涂层也具有优于NiCrAlY涂层的高温氧化性能。 在900℃的75wt%Na2SO4+25wt%K2SO4熔融硫酸盐中，电弧离子镀制备的NiCoCrAlY（SiB）型涂层表面形成保护性的α-Al2O3膜，可以有效地保护DSM11、M22、DZ125合金免受腐蚀破坏。Si、B元素促进热腐蚀初期NiCoCrAlYSiB涂层表面的α-Al2O3生成以及改善其粘附性，使其抗热腐蚀性能更佳。在900℃的75wt%Na2SO4+25wt%NaCl熔融盐中，合金和涂层的抗热腐蚀性能大大降低，涂层表面预氧化生成Al2O3氧化膜可改善其在含NaCl的熔盐中的抗热腐蚀能力。 电弧离子镀技术沉积MCrAlY涂层表现出良好的抗热冲击能力，在900℃和1000℃分别经过300和120个周期的热冲击实验后没有发现涂层开裂和剥落。由于热冲击过程中试样的外层与内部温度梯度产生的热应力，合金中产生γ’筏状组织（定向粗化），涂层合金中的定向粗化程度较空白合金轻微。 在镍基高温合金DSM11的高温防护涂层体系中，电弧离子镀技术制备的Al-O-N扩散阻挡层可以在高温和长期氧化的条件下阻挡NiCoCrAlY涂层与DSM11合金基体间的元素互扩散；电弧离子镀技术制备的Cr-O-N扩散阻挡层可以在真空退火和高温氧化过程中生成具有良好结合的Al-O-N层阻挡元素互扩散。扩散阻挡层对涂层体系的高温氧化性能影响不大。 在γ-TiAl和O-Ti2AlNb合金的高温防护中，Al/Al2O3扩散阻挡层成功阻挡了γ-TiAl和O-Ti2AlNb与NiCoCrAlY 涂层之间严重的合金元素互扩散，使复合涂层具有优异的高温氧化性能和高温稳定性，解决了γ-TiAl和O-Ti2AlNb合金高温氧化性能不佳的问题和γ-TiAl和O-Ti2AlNb与NiCoCrAlY 涂层间严重的元素互扩散影响涂层体系稳定性的问题。 采用电弧离子镀MCrAlY+粉末包埋法渗Al复合涂层的办法可制备出外层富Al的梯度MCrAlY涂层，改变粉末包埋法渗铝的温度和时间可以按照需要优化梯度MCrAlY涂层的组织结构。初步实验结果表明，该复合涂层具有优良的长期高温氧化性能和抗热腐蚀性能。 采用电弧离子镀技术成功制备出单斜相的ZrO2涂层和四方相的(Zr, Y)O2涂层；涂层呈柱状晶的方式生长，沉积态涂层晶粒尺寸在100~200nm之间，经过高温保温后晶粒发生长大，随着保温温度的升高，晶粒尺寸增大，但晶粒尺寸基本上都在小于1μm的范围内；电弧离子镀(Zr, Y)O2涂层具有优异的抗热冲击能力。电弧离子镀技术在沉积热障涂层中YSZ陶瓷层方面有其可行性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 234 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17009]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王启民. 电弧离子镀MCrAlY高温防护涂层及复合涂层的研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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