NiCoCrAlY合金具有良好的抗高溫氧化性能,因此在航空航天零部件表面保護(hù)中得到廣泛應(yīng)用,但NiCoCrAlY合金粉體高昂的成本成為民用工業(yè)應(yīng)用的瓶頸,如何在低成本基礎(chǔ)上制備NiCoCrAlY合金涂層具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值。而構(gòu)成NiCoCrAlY合金的單質(zhì)粉體價格均較低,其構(gòu)成的混合粉體相對于NiCoCrAlY的合金粉體價格低約86.6%,如果采用混合粉體作為原料,再采用特殊工藝方法制備出NiCoCrAlY合金涂層,具有重要的科學(xué)意義和工業(yè)應(yīng)用價值。本研究提出采用冷噴涂技術(shù)制備Ni,Co,Cr,Al,Y的混合粉體預(yù)制涂層,之后采用原位擴(kuò)散合成的方法制備NiCoCrAlY合金涂層。其方法是將Ni,Co,Cr,Al,Y的單質(zhì)粉末以4:2:1.5:1:0.03(質(zhì)量比)機(jī)械混合4 h后,采用低壓冷噴涂技術(shù)在310S耐熱鋼(0Cr25Ni20)表面預(yù)制混合粉體涂層,之后采用感應(yīng)重熔和真空擴(kuò)散的方法原位合成NiCoCrAlY合金涂層,利用XRD、SEM和EDS對NiCoCrAlY合金涂層的物相、微觀結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了分析,對比研究了兩種技術(shù)原位合成NiCoCrAlY合金涂層的能力,以及所形成的合金涂層的抗高溫氧化性能。并對原位合成反應(yīng)較好的感應(yīng)重熔NiCoCrAlY合金涂層的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。研究表明:真空擴(kuò)散原位合成NiCoCrAlY合金涂層的組織呈現(xiàn)“魚鱗狀”,氧化實驗表明,涂層內(nèi)部氧化較為嚴(yán)重,涂層整體氧化增重較為明顯,950℃時氧化50 h后增重為4.35 mg/cm~2,相對純基體增重減少約7.4%,1050℃時氧化50 h后增重為4.5 mg/cm~2,相對純基體增重減少約7.2%。而感應(yīng)重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂層中元素之間的擴(kuò)散和反應(yīng)更加充分,組織更為致密,涂層內(nèi)部的孔隙明顯減少,顯微硬度值可達(dá)約345 HV,涂層與基體形成了良好的冶金結(jié)合。氧化性能測試表明,950℃時感應(yīng)重熔原位合成的NiCoCrAlY涂層氧化50 h后增重為3.4 mg/cm~2,比基體在同一時刻的氧化增重減少了27.7%,比真空擴(kuò)散原位合成的NiCoCrAlY涂層減少了21.8%;1050℃時感應(yīng)重熔原位合成的NiCoCrAlY涂層氧化50 h后增重為3.65 mg/cm~2,比基體在同一時刻的氧化增重減少了24.7%,比真空擴(kuò)散原位合成的NiCoCrAlY涂層減少了18.9%。綜合研究涂層與基體結(jié)合方式、涂層微觀形貌、涂層抗高溫氧化性能表明,采用感應(yīng)重熔原位合成法可以制備性能優(yōu)異的NiCoCrAlY合金涂層。采用HT-1000銷-盤式高溫摩擦實驗機(jī)測試感應(yīng)重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂層從室溫(RT)到800℃的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明:感應(yīng)重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂層在RT、600℃、800℃時的磨損率均較低,其中600℃時涂層具有最優(yōu)的耐磨性能,其磨損率為0.2×10~(-4) mm~3/(N?m),同等條件下比室溫時的磨損率減少約77.3%,比200℃時的磨損率減少約98.4%,比400℃時的磨損率減少約97.8%,比800℃時的磨損率減少約71%。涂層在不同溫度下的磨損機(jī)制也不相同,涂層在常溫時主要以輕微黏著磨損和涂抹磨損為主,中溫轉(zhuǎn)化為較嚴(yán)重的黏著磨損,而高溫時表現(xiàn)為輕微的刮擦磨損和部分的磨粒磨損,涂層顯示出良好的高溫耐磨性能,對基體起到了較好的保護(hù)作用。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TG174.4;V252
【部分圖文】：

合成法制備 NiCoCrAlY 合金涂層的微觀結(jié)構(gòu)及其性能 2 章 實驗材料及表征方法方法將 Ni，Co，Cr，Al，Y 的單質(zhì)粉體按照4 h 后形成混合粉體，其微觀形貌如圖 2.1 所25Ni20)，其成分為 C-0.08%，Si-0.8%，Mn%，Cr-25.00%，F(xiàn)e 余量，線切割成尺寸為 噴涂前先用丙酮清洗基體表面去除油污，然做噴砂粗化處理。采用白俄羅斯生產(chǎn)的粉體涂層，具體噴涂參數(shù)見表 2.1。

碩士學(xué)位論文oCrAlY 涂層的截面微觀形貌。可以看出，經(jīng)過 700℃，900℃和 1處理后，涂層元素發(fā)生持續(xù)擴(kuò)散，組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)團(tuán)凝狀結(jié)構(gòu)。低溫，由于各單質(zhì)元素熔點(diǎn)不同，各元素塑化狀態(tài)差異很大，導(dǎo)致元素收縮效應(yīng)不同，從而部分區(qū)域有微孔洞產(chǎn)生，如圖 3.1(b)中標(biāo)注所度升高，元素擴(kuò)散更加充分，致密化程度有所提高。結(jié)合圖 3.2 的可以看出 700℃時，元素擴(kuò)散程較短，涂層中的元素分布仍舊不均然存在大量的單質(zhì)相，相變不充分；900℃時，元素發(fā)生擴(kuò)散但并涂層中的單質(zhì)相不斷形成新的化合物；高溫(1100℃)時，元素發(fā)生明在 1100℃時，相變相對最為充分，并且靠近界面處的基體中有及其它涂層中元素存在，表明涂層和基體也發(fā)生了元素擴(kuò)散現(xiàn)象， 1100℃真空擴(kuò)散后，涂層和基體之間部分區(qū)域形成了冶金結(jié)合。同隨著真空擴(kuò)散處理的溫度在 700~1100℃增加的過程中，涂層元素擴(kuò)，并在溫度達(dá)到 1100℃時涂層相變具有較好的擴(kuò)散率。

圖 3.2 NiCoCrAlY 涂層的 EDS 分析：(a)混合粉體涂層；(b)700℃/4 h 真空擴(kuò)散原位合成NiCoCrAlY 合金涂層；(c)900℃/4 h 真空擴(kuò)散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂層；(d)1100℃/4 h真空擴(kuò)散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂層Fig. 3.2 EDS analysis of NiCoCrAlY coating: (a)mixed powder coating; (b)NiCoCrAlY alloycoating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 700°C/4 h; (c) NiCoCrAlYalloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 900 ℃/4 h; (d)NiCoCrAlY alloy coating was prepared by vacuum diffusion in situ synthesis at 1100°C/4 h3.3.2 涂層的物相分析圖 3.3 為真空擴(kuò)散原位合成 NiCoCrAlY 合金涂層的 XRD 衍射圖譜，從圖中可以看出，混合粉體涂層中沒有化合物相，全部為單質(zhì)相，Y 元素的含量較少，受設(shè)備分辨率限制未能檢測到。700℃/4 h，900℃/4 h，1100℃/4 h 真空擴(kuò)散原位合成的 NiCoCrAlY 合金涂層和混合粉體涂層相比，衍射峰的主峰均在 45°左右，幾乎沒有峰發(fā)生偏移，物相較穩(wěn)定，依然存在大量單質(zhì)相，但出現(xiàn)了 AlCo 化合物相，和圖 3.1 與圖 3.2 分析結(jié)果一致，但真空擴(kuò)散處理后涂層中出現(xiàn)化合物相
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2876491