PDF《Ni 基高温合金表面 Al+Si 共渗涂层的制备及其结构》

第46 卷第6期稀有金属材料与工程 Vol.

46, No.6

2017 年6月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING June

2017 收稿日期:2016-05-05 基金项目:上海市科学技术委员会基础研究重点研究项目 (10JC1405100);

上海市科学技术委员会国际合作项目(11520701200);

国家自 然科学基金 (51271107) 作者简介:付超,男,1985 年生,博士生,上海大学材料科学与工程学院材料工程系,上海 200072,

电话:021-56337244, E-mail: [email protected] Ni 基高温合金表面 Al+Si 共渗涂层的制备及其结构 付超,任忠鸣,操光辉 (上海大学 高品质特殊钢冶金与制备省部共建国家重点实验室,上海 200072) 摘要:采用粉末包埋法在 DZ417G 镍基高温合金基体表面制备 Al + Si 共渗涂层.利用 XRD、SEM 和EDS 研究涂层的 组成和结构. 结果表明, 渗剂中 Al 和Si 的含量、 后续热处理均影响涂层结构. 当渗剂中 Al 含量为 1% (质量分数, 下同) 时, 随着 Si 含量不同,共渗后形成 NiSi 涂层,后续热处理后 NiSi 涂层转化 AlNi6Si3 或δ-Ni2Si;

当渗剂中 Al 含量为 4%和6% 时,随着 Si 含量增加,涂层均为 Ni2Al3,后续热处理后 Ni2Al3 涂层转化为 β-NiAl,少量的 Si 固溶于 β-NiAl 中. 关键词:涂层;

包埋法;

镍基高温合金;

涂层结构;

后续热处理 中图法分类号:TG156.8+ 3;

TG156.8+

6 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2017)06-1612-08 现代航空涡轮发动机大推力、高效率、低油耗和 长寿命的发展趋势,对高温合金叶片的使用温度提出 更高要求[1] ,为满足其要求,已经开发出五代高温合 金.一般燃气轮机叶片使用温度为

960 ~

1100 ℃,商 用飞机的燃气温度可达

1500 ℃,然而,目前应用于 涡轮 叶 片的 超 强耐 热合金的 使 用温 度 极限 也仅有1100 ℃.由于受到高温合金自身熔点的限制,进一步 提高高温合金使用温度的潜力已经十分有限.目前, 改善涡轮叶片的使用温度主要有两种途径:一个是致 力于进一步发展新型合金和改进冷却技术,另一个是 发展热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)技术, 以有效提高发动机工作温度、延长其使用寿命[2] ,提 高高温合金抗高温氧化和抗热腐蚀性能. 当前应用较为广泛的热障涂层体系由表面的陶瓷层 和中间的粘结层构成.在高温氧化环境中,陶瓷层和粘 结层之间会形成一层热生长氧化层(thermally grown oxide, TGO).商用热障涂层粘结层材料主要是 MCrAlY (M = Ni、Co 或Ni + Co)或者 β-(Ni, Pt)Al[3-5] .这些涂层由于铝 含量比较高,在服役中能够生成一层致密的 α-Al2O3,阻 止涂层进一步氧化,因此具有良好的抗氧化性能[6] .由于 发动机工作环境非常恶劣, 常常会受到一些熔盐如 Na、 S、 V 以及 Cl 的侵蚀[7-9] ,使涂层表面发生高温热腐蚀,从而 加速涂层失效[10, 11] . 而铝化物涂层虽然具有良好的抗氧化 性能,但是其抗热腐蚀性能差.因此,在涂层中添加适 量的改性元素 Si、Cr 或者 Pt,能够提高涂层的抗热腐蚀 性能[12] .通过对铝化物涂层进行改性,诱导涂层在服役 环境中形成稳定的保护性氧化层(如Al2O

3、Cr2O3 和SiO2) ,以阻止一些腐蚀元素进一步向涂层内部扩散.由 于含Si 的铝化物涂层比单一的渗Al 涂层具有更好的抗氧 化和抗热腐蚀性能,因此,在高温合金表面制备 Al + Si 共渗的涂层具有良好综合性能.AIS

316 钢表面热浸镀 Al-31at%Si 的涂层,在800 和900 ℃的氧化环境中能够 形成连续的 Al2O3,从而阻止氧气进一步向涂层内部扩 散[13] . 采用粉末包埋法在 Cr-50Nb 合金表面制备 Al-Si 涂层,并研究涂层在