热浸镀Si改性铝化物涂层不同条件下高温氧化性能的研究

发布时间：2019-04-10 10:51

【摘要】：随着航空航天工业以及新能源工业的不断发展,环境保护的迫切需求,燃气轮机的服役温度越来越高,并且含H类燃料的大量使用,导致燃气轮机工作环境中的水蒸气的含量越来越高。目前,在高温合金表面制备防护涂层已经成为了提升高温合金抗氧化性能和热腐蚀性能的十分有效的方法,在航空和国防等技术领域都起到十分关键的作用。采用热浸镀的方法制备Si改性扩散型铝化物涂层,并在空气中进行循环氧化测试,通过装配有能谱仪(EDX)的扫描电镜(SEM)进行化学成分和微观形貌的分析,X射线衍射仪进行物相的定性分析,分析结果显示如下:1在1050℃高温条件下,相较于不含涂层的镍基高温合金样品,热浸镀纯A1和Al-10Si涂层能够有效阻止氧化物层的脱落,并且热浸镀Al-10Si涂层表现出更好的抗高温氧化性能。2在850℃的氩气气氛中热处理24小时,涂层与镍基高温合金基体中A1、Ni、Hf、W和Ta元素的相互扩散最终使得不稳定的铝化物涂层转变为稳定的铝化物涂层;一个连续的以Si和A1为主要元素并且富集Ta和Hf元素的连续的合金层在Al-10Si涂层表面上形成。3在热浸镀的Al-10Si涂层内部,在晶界处形成的SiCr3相富集极强偏析性的元素W和Ta,促进铝原子在晶界处扩散。4涂层中Si元素不仅促进了连续致密的氧化铝层的形成,而且能够形成一个阻挡层,阻碍元素O扩散到涂层内部以及强偏析元素Hf、W和Ta扩散到最外层氧化铝层中去。为了研究水蒸气的存在对Si改性铝化物涂层高温氧化氧化性能的影响,采用热浸镀工艺在镍基高温合金表面制备Si改性扩散型铝化物涂层。随后,在不同的环境中(高温干燥空气环境和高温水蒸气环境)进行循环氧化动力学测试,对比结果分析得出如下的结论:1水蒸气的存在,使得Al-Si涂层在氧化过程中产生了明显的脱落,并且脱落的速率大于氧化物生长的速率,所以水蒸气条件下氧化动力学曲线低于高温干燥空气下。2通过对表面微观形貌与XRD进行分析,高温水蒸气条件下涂层进行循环氧化,涂层的最外层形成的是一层多孔疏松的氧化铝层,而在高温干燥的空气条件下涂层形成的是一层致密连续的氧化铝层。3通过对截面微观形貌进行分析,水蒸气的存在不但促进了多孔疏松的氧化物层的形成,而且破坏了氧化物层下部连续的富Si合金层,加剧涂层的内氧化,使得涂层最外层氧化铝层厚度增加最终导致了涂层的脱落。4表面A1元素的快速消耗,加速了内部铝元素向着涂层的最外层扩散,使得内部块状富Si合金层的变小和消失,当A1元素向着外层扩散速率大于块状区域解体速率时,块状富Si区域周围形成孔洞。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：2455740