扩散阻挡层对MCrAlY涂层氧化性能和力学性能的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 李伟洲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-08-25 |
| 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 | 姜辛 |
| 关键词 | 电弧离子镀 MCrAlY涂层 扩散阻挡层 力学性能 抗氧化 |
| 其他题名 | Effect of Diffusion Barrier on Oxidation and Mechanical Properties of MCrAlY Coatings |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | MCrAlY涂层由于具有良好的抗氧化、抗热腐蚀和高温力学性能，已被广泛应用于燃气轮机叶片的表面防护上。但是，在长期的高温服役过程中，涂层与基体之间的元素互扩散缩短了涂层的使用寿命，降低了体系的力学性能；在涂层与基体间添加扩散阻挡层是解决此问题的有效方法。通过电弧离子镀技术制备了含扩散阻挡层的MCrAlY涂层体系，采用XRD、AFM、PSLS、SEM/EDS和TEM等手段分析了扩散阻挡层和外覆涂层的微观形貌、物相结构和元素成分，考察了扩散阻挡层的元素扩散阻挡能力和体系的抗高温氧化能力；用纳米压痕法、粘胶拉伸法、三点弯曲法和光激发荧光光谱(PSLS)技术研究了涂层体系的力学性能，讨论了微观结构演变对弹性模量、界面结合强度和残余应力等的影响，深入探讨了扩散阻挡层元素扩散阻挡能力和涂层体系界面结合强度之间的关系。 用纯Cr靶通过控制氮气和氧气的流量制备了不同结构、成分的扩散阻挡层。CrN阻挡层以CrN相为主；CrON阻挡层含CrN和Cr2O3相；体系经高温处理(包括真空退火和高温氧化)后处于中间层的阻挡层发生了CrN→Cr2N→TiN和Cr2O3→Al2O3的转变。用NiCrAlYSi合金靶制备的扩散阻挡层高温处理后也生成了以Al2O3为主的阻挡层。 添加扩散阻挡层后，MCrAlY涂层体系的抗氧化能力有了不同程度的提高。CrN阻挡层由于转变为TiN，稳定了Ti元素和阻挡了其他元素的扩散，体系的抗氧化能力得到了提高；但TiN层的不连续限制了提高的幅度。CrON和以NiCrAlYSi靶制备的扩散阻挡层高温处理后转变为连续致密的Al2O3层，合金元素的扩散被大大抑止，体系的抗氧化能力得到了大幅度的提高。外覆NiCrAlY涂层在退火和氧化过程中发生了一系列反应，其中包括退火时的γ'-Ni3Al 和α-Cr相析出，氧化过程中的β-NiAl→ γ' -Ni3Al → γ-Ni转变，晶粒粗化，孪晶、位错缠结和位错滑移等的出现。 高温处理过程中的微观结构演变影响了体系的力学性能。β→ γ'→ γ转变导致了NiCrAlY涂层弹性模量下降，Al2O3置换Cr2O3利于阻挡层弹性模量的升高。阻挡层残余应力变化是生长应力与热应力共同作用的结果。缺陷的形成影响了阻挡层弹性模量和残余应力的测量结果。 扩散阻挡层的添加降低了体系的界面结合强度。含CrON和CrN阻挡层的样品退火后界面结合强度分别为44.1 MPa和70.3 MPa；连续法制备阻挡层的为60.1 MPa 和63.6 MPa(后者含粘结层)；氧化后它们的界面结合强度均超过了粘胶的强度。三点弯曲时，含CrON阻挡层的样品首先在界面处发生破坏；含CrN的退火样品则在外覆涂层发生断裂，氧化后的样品破坏于阻挡层脆性相；无阻挡层样品的破坏源于涂层表面或涂层/基体界面的缺陷。元素的互扩散有利于提高体系的界面结合强度和外覆涂层的塑性，提高体系的抗弯能力；残余应力的存在则降低了体系界面的结合。扩散阻挡层是元素扩散阻挡能力和界面结合强度的矛盾结合体；一种优良的扩散阻挡层应能兼顾和协调元素的扩散阻挡和界面的结合。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 169 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17137]  |
| 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 | 李伟洲. 扩散阻挡层对MCrAlY涂层氧化性能和力学性能的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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