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1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上梯度纳米（Ti，Al）N涂层的抗高温氧化性能研究

2020-12-16阅读(355)

1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上梯度纳米（Ti，Al）N涂层的抗高温氧化性能研究

论文摘要

随着航空发动机压气机叶片工作温度的提高,为提高叶片的服役稳定性及延长其使用寿命,采用电弧离子镀沉积技术在压气机叶片上制备梯度纳米（Ti,Al）N涂层,叶片材料为1Cr11Ni2W2MoV不锈钢。依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》和HB5258-2000《钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法》标准,对制备了涂层和未制备涂层的试样进行了同炉高温氧化试验,高温氧化试验温度为750℃,时间为200h。对试验数据进行了分析处理,绘制了其氧化动力学曲线。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究其组织形貌,并着重对其抗氧化性能及氧化机制进行了深入的分析与研究,为（Ti,Al）N涂层应用于压气机叶片的防护提供了一定的理论储备和技术支持。采用反复试验确定的最优工艺参数,制备出了由内向外依次为Ti、TiN、T0.75Al0.25N、T0.6Al0.4N与T0.5Al0.5N层的涂层,涂层厚度均匀,具备梯度纳米结构。涂层表面光滑致密,与基体结合性能良好。基体与T0.5Al0.5N层之间的过渡层的设计有效的提高了涂层和基体间的结合力。高温氧化试验数据表明,经750℃200小时氧化后,（Ti,Al）N涂层厚度无明显变化,涂层表面生成一层致密的以Al2O3为主伴有TiO2的保护性氧化膜,氧化膜均匀致密,未出现开裂剥落等现象。氧化动力学曲线符合氧化动力学抛物线规律,涂层抗氧化级别为完全抗氧化级别。作为对比,1Cr11Ni2W2MoV不锈钢则生成了由Cr2O3与Fe2O3组成的氧化膜,在氧化50小时时,氧化膜就出现明显剥落。其氧化动力学曲线符合氧化动力学抛物线规律,抗氧化级别为抗氧化级别。涂层制备过程中生成的熔滴对涂层的抗氧化性能影响很小。研究结果表明,（Ti,Al）N涂层在750℃下经历200小时高温氧化后依然具有良好的综合性能,能够满足压气机叶片的实际工程需要。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 高温防护涂层的发展与制备技术
  • 1.2.1 高温防护涂层的发展
  • 1.2.2 高温防护涂层的制备技术
  • 1.3 梯度纳米（Ti,Al）N涂层
  • 1.3.1 梯度功能材料及梯度涂层
  • 1.3.2 纳米涂层材料与技术
  • 1.3.3 梯度纳米（Ti,Al）N涂层的发展
  • 1.4 本论文的意义与研究内容
  • 第2章 梯度纳米（Ti,Al）N涂层的制备及其性能
  • 2.1 涂层的制备及制备工艺
  • 2.1.1 基体材料
  • 2.1.2 涂层制备工艺
  • 2.1.3 制备涂层
  • 2.2 梯度纳米（Ti,Al）N涂层的内应力计算
  • 2.2.1 涂层的本征应力
  • 2.2.2 涂层的热应力
  • 2.2.3 中间过渡层
  • 2.3 涂层的工艺—性能关系分析
  • 2分压）'>2.3.1 气体压力（N2分压）
  • 2.3.2 基体偏压
  • 2.3.3 基体温度
  • 2.3.4 不同成分（Ti,Al）N涂层的结构和性能
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 高温氧化动力学分析
  • 3.1 引言
  • 3.2 高温氧化实验
  • 3.2.1 实验主要仪器
  • 3.2.2 高温氧化实验方法
  • 3.2.3 测试与分析
  • 3.3 金属氧化理论简述
  • 3.3.1 氧化热力学基本原理
  • 3.3.2 金属氧化反应动力学
  • 3.3.3 氧化膜的完整性
  • 3.3.4 微晶（纳米晶）材料氧化动力学特点
  • 3.4 （Ti,Al）N涂层氧化动力学数据处理与分析
  • 3.4.1 （Ti,Al）N涂层氧化动力学分析
  • 3.4.2 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢氧化动力学分析
  • 3.4.3 （Ti,Al）N涂层与Cr11Ni2W2MoV不锈钢氧化动力学比较
  • 3.4.4 抗氧化性级别评定
  • 3.5 纳米晶组织对（Ti,Al）N涂层氧化动力学的影响
  • 3.5.1 （Ti,Al）N涂层高温氧化特点
  • 3.5.2 纳米组织对（Ti,Al）N涂层氧化动力学的影响
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 高温氧化后试样的组织形貌分析
  • 4.1 高温氧化表面形貌分析
  • 4.1.1 梯度纳米（Ti,Al）N涂层表面形貌分析
  • 4.1.2 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢试样表面形貌分析
  • 4.2 高温氧化横截面组织形貌特征
  • 4.2.1 观察截面前的试样处理
  • 4.2.2 梯度纳米（Ti,Al）N涂层截面形貌分析
  • 4.2.3 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢试样截面形貌分析
  • 4.3 （Ti,Al）N涂层氧化机制的分析
  • 4.4 （Ti,Al）N涂层氧化后力学状态的讨论
  • 4.5 熔滴的氧化行为分析
  • 4.5.1 熔滴的形成与结构特点
  • 4.5.2 熔滴的氧化行为及对（Ti,Al）N涂层氧化性能的影响
  • 4.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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