為使航空發(fā)動機渦輪葉片適應苛刻的工作環(huán)境,采用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)的方法可以有效地對復雜結(jié)構(gòu)葉片表面制備抗腐蝕鋁化物涂層。為進一步提高渦輪葉片的使用壽命,需對鋁化物涂層進行改性。本文在鎳基高溫合金Inconel718表面采用電鍍的方法沉積不同厚度的Pt鍍層(0μm、6μm、12μm),然后采用化學氣相沉積(CVD)的方法,分別制備了單一鋁化物涂層、β-(Ni,Pt)Al單相涂層和PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al雙相涂層。其中單一鋁化物涂層和β-(Ni,Pt)Al涂層為雙層結(jié)構(gòu),外層為β相,內(nèi)層為互擴散區(qū)(Inter-Diffusion Zone,IDZ);PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al雙相涂層為三層結(jié)構(gòu),外層由β相和彌散分布的PtAl_2組成,中間層為β相,內(nèi)層為互擴散區(qū)。本文對三種涂層在1100℃下進行循環(huán)氧化試驗,結(jié)果表明,Pt鍍層為6μm的β-(Ni,Pt)Al單相涂層表現(xiàn)出最好的抗循環(huán)氧化性能,氧化膜抗剝落性能最好,且在循環(huán)氧化后表面的皺曲程度最小。Pt的加入促進了Al的選擇性氧化,并通過減少涂層/氧化膜界面空洞的形成,提高了氧化膜的粘附性,同時Pt還能阻礙Ti元素的擴散。對于Pt改性鋁化物涂層,表面氧化膜的剝落,主要是由于循環(huán)氧化過程中表面皺曲程度增大造成的,且皺曲程度受Pt含量的影響。且研究表明,涂層表面皺曲、相變、氧化膜剝落三者之間具有相互促進的關系。本文對三種涂層在900℃下95%Na_2SO_4+5%NaCl混合鹽(質(zhì)量分數(shù))中進行熱腐蝕試驗,結(jié)果表明,Pt鍍層為6μm的β-(Ni,Pt)Al單相涂層表現(xiàn)出較好的抗熱腐蝕性能,而Pt鍍層增加到12μm的PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al雙相涂層的抗熱腐蝕性能有所下降,主要原因是其表面皺曲程度較大引起的氧化膜剝落。β-(Ni,Pt)Al單相涂層表面形成了致密度更高的等軸晶Al_2O_3顆粒,而單一鋁化物涂層和PtAl_2+β-(Ni,Pt)Al雙相涂層表面則形成致密度較差的針狀氧化物。
【學位單位】：機械科學研究總院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V263;TG174.4
【部分圖文】：

圖 1-3 典型 Pt 改性鋁化物涂層結(jié)構(gòu)示意圖[39]本文研究目的與內(nèi)容1 研究目的雖然 Pt 改性鋁化物涂層的研究已經(jīng)持續(xù)很多年，但是這些研究對于其作用有統(tǒng)一的說法，所以一直以來對該方面的研究熱度不減。且目前國內(nèi)目前物涂層的研究制備大多使用的是粉末包埋法和傳統(tǒng)的氣相滲鋁，而對于 物涂層的制備及涂層性能研究并不多見。盡管 Pt 元素對提高鋁化物涂層的氧化性能是公認的，但是這些研究對于 Pt 引起抗氧化性增強的作用機理并的說法，所以還要著重于對改性元素作用機理的基礎研究，來進一步驗化物涂層性能的影響機制。目前，已經(jīng)報道的有關 β-(Ni,Pt)Al 單相、PtAl2蝕涂層及 PtAl2+β-(Ni,Pt)Al 雙相涂層的性能研究，但鮮有對這些種涂層性研究。2 研究內(nèi)容

本研究總體設計方案與思路流程圖

圖 2-1 電鍍 Pt 實驗裝置實物圖2.2.2 CVD 制備鋁化物涂層設備CVD 內(nèi)腔鋁化物涂層設備設計成雙室結(jié)構(gòu)——滲劑發(fā)生器和高溫反應室。設備示意圖如圖 2-2 所示。CVD 鋁化物涂層制備系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括氣體流量、溫度、壓力、時間以及設備運行自動化控制；反應系統(tǒng)主要包括滲劑發(fā)生器和 CVD 反應沉積室；冷卻系統(tǒng)是通過在密封圈周圍設計安裝水冷卻套來達到降溫的目的，來保護在高溫工作條件下的密封圈；尾氣處理系統(tǒng)主要包括冷卻過濾和尾氣處理，冷卻過濾主要是除去尾氣中的氣態(tài)鹵化物，尾氣處理主要是通過中和，除去尾氣中的 HCl 氣體。

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本文編號：2811805