MCrAlY类涂层在高温环境中的行为和机理研究

发布时间：2021-01-21 01:26

　　镍基高温合金具有具有良好的力学性能、稳定的物理和化学性质。合金中一般掺杂着铬、铁、钼、钴、铝、钛等元素。在650-1000℃高温下有较高的机械强度和抗氧化、抗热腐蚀能力,是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。镍基高温合金主要用于制造航空航天工业飞行用叶片,大功率喷气式发动机,核反应堆,火电,光电等能源转换设备上的高温部件。但是,传统的镍基高温合金难以在高温,富氧,富氯的环境下保持基本的机械强度,因此,开展具有优异抗氧化性和优异耐腐蚀性的涂层研究具有重要意义。本论文采用电弧离子镀技术在GH4169合金表面制备了NiAlSiY涂层,NiCrAlY涂层和NiCrAlSiY涂层,研究了在500℃时NiAlSiY涂层对GH4169合金的恒温氧化和NaCl作用下的腐蚀行为;同时研究了NiCrAlY涂层和NiCrAlSiY涂层在750℃时对GH4169合金的恒温氧化行为。实验结果表明:（1）Ni-21Al-3Si-1Y涂层的抗氧化性和耐腐蚀性均强于Ni-17Al-3Si-1Y涂层和Ni-13Al-3Si-1Y涂层。MCrAlY类涂层的保护机理是高温氧化后在涂层形成稳定致密的氧化层,从而阻隔O... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

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MCrAlY类涂层在高温环境中的行为和机理研究-4-层热障涂层结构具有很强的隔热作用和抗氧化作用，而且制备工艺简单，所以被广泛应用。但是陶瓷层与粘结层之间的界面差别明显，在热载荷的作用下，涂层内部将产生应力和热不均匀现象，使得性能难以提高。增加陶瓷层的厚度，涂层的隔热效果会增强，而涂层与基体的温度梯度差随之增大，热应力在界面和内部也会增大，涂层容易脱落[15]。图1.2双层热障涂层结构的构造和工作原理除了上述3种涂层外，现在又出现包括新概念涂层，玻璃基涂层和γ′基涂层等多种特色高温涂层[16-20]。这些涂层着力攻克某一方面，致力于抗氧化性，耐热腐蚀性或结合力强等方面研究，通过设备工艺的调整，涂层材料的更换，加工方法的创新，实现了新型涂层热稳定性高，抗氧化性好的优点，在以后的工程中会越来越多的运用。综上所述，高温防护涂层最重要的是如何在提高涂层的抗氧化，耐腐蚀性能的同时降低涂层与基体材料的热导率不一致问题，减少热应力产生，达到服役性能良好和服役寿命增长的平衡。1.3MCrAlY类涂层的各元素作用MCrAlY类涂层中元素依照防护作用分为3类：第一类是基体元素，用M代表；第二类是保护性元素，主要是Cr，Al，Si等可以形成氧化层阻止基体快速氧化腐蚀的元素；第三类是活性元素，以Y，Hf，Ta，Re等为代表，主要集中在元素周期表的ⅢB，ⅣB，ⅤB族，多为稀土元素。1.3.1基体元素作用基体元素主要包括Ni，Co，Fe。在高温氧化领域主要采用Ni基涂层；在高温腐蚀领域主要采用Co基涂层；Fe基涂层应用很少。和Ni基，Co基涂层相比，Fe基涂层的

MCrAlY类涂层在高温环境中的行为和机理研究-8-沉积参数；外界污染小，制备的涂层纯度高；先进的真空蒸发镀膜设备配备电镜，可以实时监控镀膜，有利于进行研究涂层的成长机理和生长方式；提高提高温度可以加快沉积速率，可同时蒸镀减少能量损耗等特点[43]。图1.3蒸镀装置示意：(1)衬底加热器；(2)衬底；(3)原料；(4)坩埚将蒸发物质(图1.3(3))--金属块状物质或粉末状化合物等置于坩埚内或挂在热丝上(图1.3(4))作为蒸发源；待镀工件，一般是金属、陶瓷、塑料等基体置于坩埚前方十几厘米处。镀膜时，等到蒸镀系统达到高真空环境后，加热坩埚使蒸发物质快速蒸发成蒸气态分子或原子，这些原子或分子逸出蒸发装置后随温度降低凝固，最终沉积在基体表面。蒸发源到基体之间的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，避免蒸气分子与残气分子碰撞。蒸发源的温度选择和制备时间，蒸发源和基体的距离远近都可以影响涂层的厚度。涂层厚度可以按照实际要求改变，从不到1nm至几μm都可实现。涂层制备的面积很大时，为了保证涂层均匀性，提高镀膜质量，通常会增加更多的蒸发源或旋转基体。蒸发源加热方式有三种类型：(1)电阻加热蒸发源：采用高熔点金属制成坩埚或丝状，放置或悬挂蒸发物质，通过电阻加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质。(2)高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。


本文编号：2990172