镍基高温合金表面铬铝涂层的制备与抗高温腐蚀性能研究

论文摘要

随着高温结构材料服役环境越来越苛刻,高温防护涂层正向高性能、复杂环境、多功能化方向发展。通过对在高温结构材料表面进行渗合金化处理,获得防护涂层是提高其抗高温腐蚀性能的有效方法。本文采用渗铬和渗铝相结合的工艺在镍基高温合金基体表面制备了铬铝合金涂层,并研究了其对基体的防护效果。两步法制备的铬铝涂层的微观结构、厚度、抗剥蚀性与制备工艺参数相关。当渗铬温度为1080℃,保温时间9h,渗铬剂配比为：氯化铵质量百分含量为1%、铬粉质量百分含量为30%、氧化铝质量百分含量为69%；渗铝温度为750℃,保温时间15h,渗铝剂配比为：氯化铵质量百分含量为1.5%、铝粉质量百分含量为10%、氧化铝质量百分含量为88.5%；热处理温度为800℃保温15h时可以得到期望的内扩散型β-NiAl与y’-NiAl相,涂层组织均匀致密。单一渗铝涂层、内扩散型铬铝涂层和单一渗铬涂层都可以提高K38G合金在800℃、950℃、1100℃下的抗氧化性能。由于铝化物涂层表面产物是生长速度较慢的氧化铝膜,所以单一渗铝涂层与内扩散铬铝涂层的抗氧化性能优于单一渗铬涂层。又由于单一渗铝涂层在氧化过程中发生了严重的元素互扩散现象导致表面生成了生长较快的氧化物相,所以单一渗铝涂层氧化性能不如内扩散型铬铝涂层。单一渗铬涂层、内扩散型铬铝涂层都可以提高K38G合金在950℃下的抗热腐蚀性能。在以热腐蚀为主要破坏形式的环境中,铬元素可以迅速生成稳定的铬化物涂层,所以单一渗铬涂层、内扩散型铬铝涂层和K38G合金拥有比单一渗铝涂层更好的抗热腐蚀性能。由于在热腐蚀过程中内扩散型铬铝涂层外层富Al的氧化膜在熔盐中发生溶解而失去保护性,但因为涂层内层富Cr能迅速发生反应形成抗热腐蚀的Cr203膜同时抑制Al进一步发生碱性溶解,从而使内扩散型铬铝涂层拥有比K38G合金更优的抗热腐蚀性能。考虑高温抗氧化性能和抗热腐蚀性能,内扩散型铬铝涂层具有最佳的综合抗高温腐蚀性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 选题背景
• 1.2 典型高温防护涂层
• 1.2.1 铝化物涂层
• 1.2.2 改性的铝化物涂层
• 1.2.3 MCrAY涂层
• 1.2.4 热障涂层
• 1.3 高温涂层制备技术
• 1.3.1 热扩散渗
• 1.3.2 物理气相沉积
• 1.3.3 化学气相沉积
• 1.4 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势
• 1.5 本课题的创新点
• 1.6 本课题研究思路和内容
• 2 试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 涂层制备工艺过程
• 2.2.1 主要原料和实验仪器
• 2.2.2 涂层制备工艺流程
• 2.3 涂层的结构及其性能表征方法
• 2.3.1 高温氧化测试
• 2.3.2 高温腐蚀测试
• 2.3.3 物相结构分析
• 2.3.4 涂层表面和截面形貌观察、分析
• 2.4 本章小节
• 3 铬铝涂层制备工艺
• 3.1 渗铬层的制备工艺
• 3.1.1 渗铬剂中铬含量的确定
• 3.1.2 渗铬层制备工艺参数的优化
• 3.2 渗铝工艺对涂层影响
• 3.2.1 渗铝温度对涂层组织形貌影响
• 3.2.2 渗铝温度对涂层厚度的影响
• 3.3 热处理工艺对涂层的影响
• 3.4 本章小节
• 4 Cr-Al涂层高温腐蚀性能研究
• 4.1 高温氧化基本原理
• 4.1.1 高温氧化热力学
• 4.1.2 高温氧化动力学
• 4.2 涂层氧化性能研究
• 4.2.1 涂层氧化动力学分析
• 4.2.2 涂层氧化产物物相分析
• 4.2.3 涂层氧化形貌分析
• 4.3 涂层热腐蚀性能研究
• 4.3.1 热腐蚀动力学
• 4.3.2 涂层热腐蚀产物物相分析
• 4.3.3 涂层热腐蚀形貌分析
• 4.4 本章小节
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录