CVD法制备Pt改性铝化物涂层工艺及性能研究

发布时间：2020-09-03 18:31

　　 为使航空发动机涡轮叶片适应苛刻的工作环境,采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)的方法可以有效地对复杂结构叶片表面制备抗腐蚀铝化物涂层。为进一步提高涡轮叶片的使用寿命,需对铝化物涂层进行改性。本文在镍基高温合金Inconel718表面采用电镀的方法沉积不同厚度的Pt镀层(0μm、6μm、12μm),然后采用化学气相沉积(CVD)的方法,分别制备了单一铝化物涂层、β-(Ni,Pt)Al单相涂层和PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al双相涂层。其中单一铝化物涂层和β-(Ni,Pt)Al涂层为双层结构,外层为β相,内层为互扩散区(Inter-Diffusion Zone,IDZ);PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al双相涂层为三层结构,外层由β相和弥散分布的PtAl_2组成,中间层为β相,内层为互扩散区。本文对三种涂层在1100℃下进行循环氧化试验,结果表明,Pt镀层为6μm的β-(Ni,Pt)Al单相涂层表现出最好的抗循环氧化性能,氧化膜抗剥落性能最好,且在循环氧化后表面的皱曲程度最小。Pt的加入促进了Al的选择性氧化,并通过减少涂层/氧化膜界面空洞的形成,提高了氧化膜的粘附性,同时Pt还能阻碍Ti元素的扩散。对于Pt改性铝化物涂层,表面氧化膜的剥落,主要是由于循环氧化过程中表面皱曲程度增大造成的,且皱曲程度受Pt含量的影响。且研究表明,涂层表面皱曲、相变、氧化膜剥落三者之间具有相互促进的关系。本文对三种涂层在900℃下95%Na_2SO_4+5%NaCl混合盐(质量分数)中进行热腐蚀试验,结果表明,Pt镀层为6μm的β-(Ni,Pt)Al单相涂层表现出较好的抗热腐蚀性能,而Pt镀层增加到12μm的PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al双相涂层的抗热腐蚀性能有所下降,主要原因是其表面皱曲程度较大引起的氧化膜剥落。β-(Ni,Pt)Al单相涂层表面形成了致密度更高的等轴晶Al_2O_3颗粒,而单一铝化物涂层和PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al双相涂层表面则形成致密度较差的针状氧化物。
【学位单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V263;TG174.4
【部分图文】：

图 1-3 典型 Pt 改性铝化物涂层结构示意图[39]本文研究目的与内容1 研究目的虽然 Pt 改性铝化物涂层的研究已经持续很多年，但是这些研究对于其作用有统一的说法，所以一直以来对该方面的研究热度不减。且目前国内目前物涂层的研究制备大多使用的是粉末包埋法和传统的气相渗铝，而对于 物涂层的制备及涂层性能研究并不多见。尽管 Pt 元素对提高铝化物涂层的氧化性能是公认的，但是这些研究对于 Pt 引起抗氧化性增强的作用机理并的说法，所以还要着重于对改性元素作用机理的基础研究，来进一步验化物涂层性能的影响机制。目前，已经报道的有关 β-(Ni,Pt)Al 单相、PtAl2蚀涂层及 PtAl2+β-(Ni,Pt)Al 双相涂层的性能研究，但鲜有对这些种涂层性研究。2 研究内容

本研究总体设计方案与思路流程图

图 2-1 电镀 Pt 实验装置实物图2.2.2 CVD 制备铝化物涂层设备CVD 内腔铝化物涂层设备设计成双室结构——渗剂发生器和高温反应室。设备示意图如图 2-2 所示。CVD 铝化物涂层制备系统主要包括控制系统、反应系统、冷却系统和尾气处理系统。控制系统包括气体流量、温度、压力、时间以及设备运行自动化控制；反应系统主要包括渗剂发生器和 CVD 反应沉积室；冷却系统是通过在密封圈周围设计安装水冷却套来达到降温的目的，来保护在高温工作条件下的密封圈；尾气处理系统主要包括冷却过滤和尾气处理，冷却过滤主要是除去尾气中的气态卤化物，尾气处理主要是通过中和，除去尾气中的 HCl 气体。

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本文编号：2811805