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MCrAlY型涂层合金成分对合金相变和高温氧化寿命的影响

发布时间:2018-12-23 12:59
【摘要】:MCrAlY型涂层(M=Co,Ni或者Co、Ni组合)广泛应用于燃气轮机系统,用于减轻高温部件的氧化,涂层的组织稳定性和寿命至关重要。本文以Co、Ni基MCrAlY合金为研究对象,深入研究Al,Re对合金相变和氧化寿命的影响。通过SSOL5和TTNI8两个热力学数据库,利用Thermo-Calc计算了平衡态的合金组织。结果表明,通过TTNI8计算得到的合金相类型和含量与实验结果吻合较好,而通过SSOL5得到的结果与实验并不符合。Al增加1wt.%会导致β相的体积分数增加约8%。含Re合金中,当Al含量高于某个临界值时,会形成Cr-Re相(富Ni合金中的α相或富Co合金中的σ相)。等温氧化实验表明,所研究合金的氧化产物Al2O3均近似抛物线生长规律。通过截面样品观察了氧化膜下基体的成分和显微结构变化,并与DICTRA计算结果进行了对比。对于氧化后的合金相,成分分布计算结果与实验吻合较好。通过建立β相贫化与氧化时间的关系,进一步研究了高温氧化过程中由于化学成分失效(Al的贫化)引起的合金寿命的变化。合金的化学寿命主要取决于氧化速率和Al的扩散。合金中添加Re和Al能够提高β相的体积分数、降低氧化速率和Al的扩散,从而提高其寿命。Re对富Co合金的影响明显大于对富Ni合金的影响,这可能是由于两种合金中相组成不同所导致的(富Co合金主要是γ、β和σ相,富Ni合金主要是γ、β和α相)。两种成分近似的Co Ni Cr Al Re Y合金(一种为商用合金粉末冶炼的合金,一种为自购原料冶炼的实验合金)的氧化实验表明,但商用合金在氧化膜下的基体中仅形成了一层富含Cr-Re的区域,而实验合金在贫Al区析出了富含Cr-Re的σ相。DICTRA分析表明,该富集是由Al的贫化导致的Cr和Re化学势降低引起的。富集形式的差别主要源于不同的合金相,实验合金含有γ,β和σ相,而商业合金含有γ,β,σ和α相。相组成的差别以及界面处Cr和Re富集并析出新相的不同倾向,与合金纯度有关。纯度较低的合金,α相向σ相的转变更容易,因此Cr和Re在界面处不断聚集并且导致了σ相颗粒的析出,而较高纯度的合金仅在贫Al区形成了一层富含Cr-Re的区域。
[Abstract]:The MCrAlY coating (Ni or Co,Ni combination) is widely used in gas turbine system to reduce the oxidation of high temperature parts. The structure stability and life of the coating are very important. In this paper, the effect of Al,Re on phase transformation and oxidation life of Co,Ni based MCrAlY alloy was studied. The equilibrium microstructure of the alloy was calculated by using SSOL5 and TTNI8 thermodynamics databases and Thermo-Calc. The results show that the type and content of the alloy phase calculated by TTNI8 are in good agreement with the experimental results, but the results obtained by SSOL5 do not accord with the experimental results. The increase of 1 wt.% of Al will increase the volume fraction of 尾 phase by about 8%. The Cr-Re phase (伪 phase in Ni rich alloy or 蟽 phase in Co rich alloy) will be formed when the content of Al is higher than a certain critical value in the alloy containing Re. The isothermal oxidation experiments show that the oxidation product Al2O3 of the studied alloy is similar to the parabolic growth law. The changes of the composition and microstructure of the matrix under the oxide film were observed and compared with the results of DICTRA calculation. For the oxidized alloy phase, the calculated results of the composition distribution are in good agreement with the experimental results. By establishing the relationship between 尾 -phase dilution and oxidation time, the changes of alloy life caused by chemical component failure (Al dilution) during high temperature oxidation were further studied. The chemical life of the alloy mainly depends on the oxidation rate and the diffusion of Al. The addition of Re and Al to the alloy can increase the volume fraction of 尾 phase, decrease the oxidation rate and the diffusion of Al, thus improve the lifetime of the alloy. The effect of Re on the Co rich alloy is obviously greater than on the Ni rich alloy. This may be due to the difference in phase composition between the two alloys (纬, 尾 and 蟽 phases in Co rich alloys and 纬, 尾 and 伪 phases in Ni rich alloys). The oxidation experiments of two Co Ni Cr Al Re Y alloys with similar composition (one for commercial alloy powder smelting and one for self-made raw material smelting) show that, However, the commercial alloy formed only a layer of Cr-Re rich in the substrate under the oxide film, while the experimental alloy precipitated a 蟽 phase rich in Cr-Re in the poor Al region. DICTRA analysis showed that, The enrichment is caused by the reduction of Cr and Re chemical potential due to the dilution of Al. The enrichment forms are mainly derived from different alloy phases. The experimental alloys contain 纬, 尾 and 蟽 phases, while commercial alloys contain 纬, 尾, 蟽 and 伪 phases. The difference of phase composition and the tendency of Cr and Re at the interface to enrich and precipitate new phases are related to the purity of the alloy. The transition from 伪 phase to 蟽 phase is easier for alloys with lower purity. Therefore, Cr and Re accumulate continuously at the interface and lead to the precipitation of 蟽 phase particles, while the higher purity alloys form a layer rich in Cr-Re only in the poor Al region.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG174.4

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本文编号:2390016

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