K438镍基合金表面改性铝化物涂层的热腐蚀行为研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shening
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镍基高温合金虽然同时具有高强度和抗热腐蚀性能,但随着航空航天和航海工业的快速发展,对发动机涡轮叶片材料性能的要求越来越高。并且在沿海环境下工作的涡轮叶片,受到燃料燃烧时形成的Na2SO4和海洋气氛中的NaCl的复合作用,发生热腐蚀,加速了叶片失效。所以单纯的镍基高温合金仍不能满足其性能要求,必须在叶片表面添加高温防护涂层,以提高其抗热腐蚀性能,这在国防和军事领域都起到举足轻重的作用。料浆法制备的硅改性铝化物涂层具有良好的抗热腐蚀性能,这和涂层中Si元素的扩散及分布有关。目前,已经对表面涂覆盐膜的涂层的热腐蚀行为做了大量的研究,但其腐蚀机理众说纷纭,仍需进一步研究。而且,缺乏表面仅涂覆一次盐膜对涂层随后长期的热腐蚀行为的研究。本文采用真空热扩散的方法,在K438镍基高温合金表面制备了Al-Si涂层。对表面涂覆饱和盐溶液的涂层进行了1050℃,120h的循环热腐蚀实验。利用X射线衍射(XRD)技术分析涂层和氧化物的相组成;利用扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面和截面微观形貌;利用X射线衍射能谱(EDS)检测分析涂层和氧化层的组织成分、元素含量及分布。主要的研究结果如下:(1)涂覆NaCl的Al-Si涂层,表面发生了大面积脱落,截面出现了大量的孔洞,产生了单位面积最大的氧化物脱落量,其抗热腐蚀性能最差;涂覆50%NaCl+50%Na2SO4(质量分数)的预氧化Pt改性Al-Si涂层,生成了一层很薄的较纯致密氧化铝,其抗热腐蚀性能最佳。(2)Pt元素添加在合金中,可以促进Al元素的上坡扩散,增加Al元素的向外扩散速率。表面的Pt颗粒与外扩散的Al元素形成的PtAl2相也加速了Al元素的外扩散过程,从而减轻了内氧化。同时Pt元素降低了氧化层生成的临界Al含量,降低了氧化膜的生长速率,生成了较薄的氧化层,使得熔盐中的S、Cl等元素很容易通过氧化膜扩散至涂层内部,导致涂覆盐膜的涂层的抗热腐蚀性能最差。(3)预氧化使涂层在涂覆盐膜及热腐蚀之前形成了一层保护性的氧化膜,有效地阻止了熔盐直接接触涂层,使氧化层和涂层界面更加平滑。同时使氧化层厚度减小,氧化层的致密性增强,氧化层中氧化铝的纯度得到提高,减小了由氧化层中各氧化物之间的热膨胀系数差异产生的内应力等问题,从而提高了涂层的抗热腐蚀性能。
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