原位合成法制备NiCoCrAlY合金涂层的微观结构及其性能研究
发布时间：2020-11-09 13:20
NiCoCrAlY合金具有良好的抗高温氧化性能,因此在航空航天零部件表面保护中得到广泛应用,但NiCoCrAlY合金粉体高昂的成本成为民用工业应用的瓶颈,如何在低成本基础上制备NiCoCrAlY合金涂层具有重要的工业应用价值。而构成NiCoCrAlY合金的单质粉体价格均较低,其构成的混合粉体相对于NiCoCrAlY的合金粉体价格低约86.6%,如果采用混合粉体作为原料,再采用特殊工艺方法制备出NiCoCrAlY合金涂层,具有重要的科学意义和工业应用价值。本研究提出采用冷喷涂技术制备Ni,Co,Cr,Al,Y的混合粉体预制涂层,之后采用原位扩散合成的方法制备NiCoCrAlY合金涂层。其方法是将Ni,Co,Cr,Al,Y的单质粉末以4:2:1.5:1:0.03(质量比)机械混合4 h后,采用低压冷喷涂技术在310S耐热钢(0Cr25Ni20)表面预制混合粉体涂层,之后采用感应重熔和真空扩散的方法原位合成NiCoCrAlY合金涂层,利用XRD、SEM和EDS对NiCoCrAlY合金涂层的物相、微观结构和成分进行了分析,对比研究了两种技术原位合成NiCoCrAlY合金涂层的能力,以及所形成的合金涂层的抗高温氧化性能。并对原位合成反应较好的感应重熔NiCoCrAlY合金涂层的摩擦磨损性能进行了研究。研究表明:真空扩散原位合成NiCoCrAlY合金涂层的组织呈现“鱼鳞状”,氧化实验表明,涂层内部氧化较为严重,涂层整体氧化增重较为明显,950℃时氧化50 h后增重为4.35 mg/cm~2,相对纯基体增重减少约7.4%,1050℃时氧化50 h后增重为4.5 mg/cm~2,相对纯基体增重减少约7.2%。而感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层中元素之间的扩散和反应更加充分,组织更为致密,涂层内部的孔隙明显减少,显微硬度值可达约345 HV,涂层与基体形成了良好的冶金结合。氧化性能测试表明,950℃时感应重熔原位合成的NiCoCrAlY涂层氧化50 h后增重为3.4 mg/cm~2,比基体在同一时刻的氧化增重减少了27.7%,比真空扩散原位合成的NiCoCrAlY涂层减少了21.8%;1050℃时感应重熔原位合成的NiCoCrAlY涂层氧化50 h后增重为3.65 mg/cm~2,比基体在同一时刻的氧化增重减少了24.7%,比真空扩散原位合成的NiCoCrAlY涂层减少了18.9%。综合研究涂层与基体结合方式、涂层微观形貌、涂层抗高温氧化性能表明,采用感应重熔原位合成法可以制备性能优异的NiCoCrAlY合金涂层。采用HT-1000销-盘式高温摩擦实验机测试感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层从室温(RT)到800℃的摩擦学性能。结果表明:感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层在RT、600℃、800℃时的磨损率均较低,其中600℃时涂层具有最优的耐磨性能,其磨损率为0.2×10~(-4) mm~3/(N?m),同等条件下比室温时的磨损率减少约77.3%,比200℃时的磨损率减少约98.4%,比400℃时的磨损率减少约97.8%,比800℃时的磨损率减少约71%。涂层在不同温度下的磨损机制也不相同,涂层在常温时主要以轻微黏着磨损和涂抹磨损为主,中温转化为较严重的黏着磨损,而高温时表现为轻微的刮擦磨损和部分的磨粒磨损,涂层显示出良好的高温耐磨性能,对基体起到了较好的保护作用。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG174.4;V252
【部分图文】：
合成法制备 NiCoCrAlY 合金涂层的微观结构及其性能 2 章 实验材料及表征方法方法将 Ni，Co，Cr，Al，Y 的单质粉体按照4 h 后形成混合粉体，其微观形貌如图 2.1 所25Ni20)，其成分为 C-0.08%，Si-0.8%，Mn%，Cr-25.00%，Fe 余量，线切割成尺寸为 喷涂前先用丙酮清洗基体表面去除油污，然做喷砂粗化处理。采用白俄罗斯生产的粉体涂层，具体喷涂参数见表 2.1。
硕士学位论文oCrAlY 涂层的截面微观形貌。可以看出，经过 700℃，900℃和 1处理后，涂层元素发生持续扩散，组织结构呈现团凝状结构。低温，由于各单质元素熔点不同，各元素塑化状态差异很大，导致元素收缩效应不同，从而部分区域有微孔洞产生，如图 3.1(b)中标注所度升高，元素扩散更加充分，致密化程度有所提高。结合图 3.2 的可以看出 700℃时，元素扩散程较短，涂层中的元素分布仍旧不均然存在大量的单质相，相变不充分；900℃时，元素发生扩散但并涂层中的单质相不断形成新的化合物；高温(1100℃)时，元素发生明在 1100℃时，相变相对最为充分，并且靠近界面处的基体中有及其它涂层中元素存在，表明涂层和基体也发生了元素扩散现象， 1100℃真空扩散后，涂层和基体之间部分区域形成了冶金结合。同随着真空扩散处理的温度在 700~1100℃增加的过程中，涂层元素扩，并在温度达到 1100℃时涂层相变具有较好的扩散率。
图 3.2 NiCoCrAlY 涂层的 EDS 分析：(a)混合粉体涂层；(b)700℃/4 h 真空扩散原位合成NiCoCrAlY 合金涂层；(c)900℃/4 h 真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层；(d)1100℃/4 h真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层Fig. 3.2 EDS analysis of NiCoCrAlY coating: (a)mixed powder coating; (b)NiCoCrAlY alloycoating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 700°C/4 h; (c) NiCoCrAlYalloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 900 ℃/4 h; (d)NiCoCrAlY alloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 1100°C/4 h3.3.2 涂层的物相分析图 3.3 为真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层的 XRD 衍射图谱，从图中可以看出，混合粉体涂层中没有化合物相，全部为单质相，Y 元素的含量较少，受设备分辨率限制未能检测到。700℃/4 h，900℃/4 h，1100℃/4 h 真空扩散原位合成的 NiCoCrAlY 合金涂层和混合粉体涂层相比，衍射峰的主峰均在 45°左右，几乎没有峰发生偏移，物相较稳定，依然存在大量单质相，但出现了 AlCo 化合物相，和图 3.1 与图 3.2 分析结果一致，但真空扩散处理后涂层中出现化合物相
【参考文献】
本文编号：2876491
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG174.4;V252
【部分图文】：
合成法制备 NiCoCrAlY 合金涂层的微观结构及其性能 2 章 实验材料及表征方法方法将 Ni，Co，Cr，Al，Y 的单质粉体按照4 h 后形成混合粉体，其微观形貌如图 2.1 所25Ni20)，其成分为 C-0.08%，Si-0.8%，Mn%，Cr-25.00%，Fe 余量，线切割成尺寸为 喷涂前先用丙酮清洗基体表面去除油污，然做喷砂粗化处理。采用白俄罗斯生产的粉体涂层，具体喷涂参数见表 2.1。
硕士学位论文oCrAlY 涂层的截面微观形貌。可以看出，经过 700℃，900℃和 1处理后，涂层元素发生持续扩散，组织结构呈现团凝状结构。低温，由于各单质元素熔点不同，各元素塑化状态差异很大，导致元素收缩效应不同，从而部分区域有微孔洞产生，如图 3.1(b)中标注所度升高，元素扩散更加充分，致密化程度有所提高。结合图 3.2 的可以看出 700℃时，元素扩散程较短，涂层中的元素分布仍旧不均然存在大量的单质相，相变不充分；900℃时，元素发生扩散但并涂层中的单质相不断形成新的化合物；高温(1100℃)时，元素发生明在 1100℃时，相变相对最为充分，并且靠近界面处的基体中有及其它涂层中元素存在，表明涂层和基体也发生了元素扩散现象， 1100℃真空扩散后，涂层和基体之间部分区域形成了冶金结合。同随着真空扩散处理的温度在 700~1100℃增加的过程中，涂层元素扩，并在温度达到 1100℃时涂层相变具有较好的扩散率。
图 3.2 NiCoCrAlY 涂层的 EDS 分析：(a)混合粉体涂层；(b)700℃/4 h 真空扩散原位合成NiCoCrAlY 合金涂层；(c)900℃/4 h 真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层；(d)1100℃/4 h真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层Fig. 3.2 EDS analysis of NiCoCrAlY coating: (a)mixed powder coating; (b)NiCoCrAlY alloycoating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 700°C/4 h; (c) NiCoCrAlYalloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 900 ℃/4 h; (d)NiCoCrAlY alloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 1100°C/4 h3.3.2 涂层的物相分析图 3.3 为真空扩散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂层的 XRD 衍射图谱，从图中可以看出，混合粉体涂层中没有化合物相，全部为单质相，Y 元素的含量较少，受设备分辨率限制未能检测到。700℃/4 h，900℃/4 h，1100℃/4 h 真空扩散原位合成的 NiCoCrAlY 合金涂层和混合粉体涂层相比，衍射峰的主峰均在 45°左右，几乎没有峰发生偏移，物相较稳定，依然存在大量单质相，但出现了 AlCo 化合物相，和图 3.1 与图 3.2 分析结果一致，但真空扩散处理后涂层中出现化合物相
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 黄嘉鹏;杨斌;汪航;;镍铬铝合金的高温氧化行为[J];有色金属科学与工程;2015年04期
2 路阳;邓刚;杨效田;郭文俊;施晓雨;;高铝青铜粉体超音速等离子喷涂层感应重熔后的组织及性能[J];北京科技大学学报;2014年03期
3 张天佑;吴超;熊征;周圣丰;;热障涂层材料及其制备技术的研究进展[J];激光与光电子学进展;2014年03期
4 柳敏志;李相波;程旭东;;冷喷涂技术的最新进展及应用研究[J];热加工工艺;2012年20期
5 Koivuluoto H;Kylmalahti M;Vuoristo P;Tampere/FIN;王旭;;低压冷喷涂铸造缺陷修复涂层性能研究[J];热喷涂技术;2012年01期
6 黄利平;李克斯;;材料表面工程与薄膜技术及其发展[J];企业技术开发;2011年12期
7 胡雪磊;李相波;王佳;黄国胜;;氮气冷喷涂NiCoCrAlY及NiCoCrAlY/ZrO_2涂层的结构与硬度特征[J];材料导报;2010年S1期
8 张新子;郝远;王兴贵;张平祥;方昌萍;刘伟;;感应熔涂加热过程探讨及感应器设计[J];金属热处理;2008年08期
9 李相波;王静;王佳;陈光章;;冷喷涂NiCoCrAlY涂层的微观性能研究[J];科技导报;2008年04期
10 高东强;田振亚;姚素芬;郝大建;;基于表面工程技术的凸轮材料表面改性处理[J];陕西科技大学学报;2008年01期
本文编号：2876491
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2876491.html
