溅射Ni3Al涂层改性及其高温氧化行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 牛建民 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王福会 ; 朱圣龙 |
| 关键词 | 磁控溅射 活性元素 铂 预氧化 氧化 magnetron sputtering reactive element platinum pre-oxidation oxidation |
| 学位专业 | 腐蚀科学与防护 |
| 中文摘要 | " 高温防护涂层应该兼具优良的高温氧化性能和基体相容性。传统涂层，如铝化物涂层、MCrAlY涂层等，通过提高涂层中的铝含量实现高温防护，当温度高于1100℃时，涂层与基体间的互扩散加快涂层退化，传统涂层无法满足高推比发动机叶片的防护要求。溅射高温合金纳米晶涂层成分与基体合金相近，在一定程度上减缓了涂层与基体之间的互扩散；铂改性g-Ni+g'-Ni3Al双相涂层抗氧化性能与传统的铂铝涂层相近，但是在涂层脆性、涂层与基体之间的互扩散方面，具有更为优异的基体相容性；在合金或涂层中添加适量的活性元素能够改变合金的氧化机制，促进保护性氧化膜的形成，显著提高氧化膜的粘附性；预氧化很重要的涂层处理工艺，而稀薄气氛则是普遍使用的处理手段。本论文通过预氧化处理、铂改性与添加活性元素对溅射纳米晶涂层进行改性，并针对涂层的高温氧化行为与机制进行了研究。 通过磁控溅射方法制备的Ni3(Al, Hf)纳米晶涂层具有柱状晶结构，为非稳态的超固溶g-Ni单相结构。在溅射纳米晶Ni3(Al, Hf)表面镀铂并进行扩散处理得到了与基体相结构相近的铂改性g'-Ni3(Al, Hf)单相涂层，不含Hf的涂层没有明显的浓度梯度，而含Hf的涂层中则有比较明显的浓度梯度，活性元素Hf阻碍了合金元素在其中的扩散；Pt促进了Al的上坡扩散，对Mo的扩散没有明显影响。 晶粒细化对Ni3Al中铝的选择性氧化没有明显影响，但是却阻止了氧化膜-涂层界面处空洞的形成。添加0.5 wt.%的Hf促进了铝的选择性氧化，降低了溅射Ni3Al纳米晶涂层稳态氧化阶段的氧化速率，并抑制了涂层中铝的贫化区的形成。当涂层中Hf的含量提高到2.0 wt.%时，则增加了涂层的氧化速率，促进了涂层中贫铝区的形成。活性元素Hf抑制了暂态Al2O3向稳态a-Al2O3的转变。Hf抑制了Al和Mo的扩散。 涂层中固溶态的铂促进了初期氧化时铝的选择性氧化，抑制了NiAl2O4的形成；铂降低了铝的活度，促进了铝的上坡扩散，减缓了由于氧化所导致的涂层中铝的消耗，抑制了涂层中贫铝区的形成；对于铂改性的溅射涂层，铂提高氧化膜粘附力的有益作用没有得到体现。当铂作为单质残留在氧化膜表面时，铂会对涂层的氧化起到催化作用，加快氧化反应速率。 预氧化处理工艺对涂层的氧化行为有重要的影响，适当的预氧化处理工艺大幅度提高了涂层的抗氧化性能。低氧分压促进了Al的选择性氧化，抑制了富Ni氧化物的形成；涂层表面形成的Al2O3膜经历非晶→暂态→稳态的发展过程；将氧分压对涂层成膜行为的影响绘成氧化物-氧分压图。 " |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64497]  |
| 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 | 牛建民. 溅射Ni3Al涂层改性及其高温氧化行为研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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