【摘要】：MCrAlY型涂層(M=Co,Ni或者Co、Ni組合)廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng),用于減輕高溫部件的氧化,涂層的組織穩(wěn)定性和壽命至關(guān)重要。本文以Co、Ni基MCrAlY合金為研究對(duì)象,深入研究Al,Re對(duì)合金相變和氧化壽命的影響。通過SSOL5和TTNI8兩個(gè)熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫,利用Thermo-Calc計(jì)算了平衡態(tài)的合金組織。結(jié)果表明,通過TTNI8計(jì)算得到的合金相類型和含量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,而通過SSOL5得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)并不符合。Al增加1wt.%會(huì)導(dǎo)致β相的體積分?jǐn)?shù)增加約8%。含Re合金中,當(dāng)Al含量高于某個(gè)臨界值時(shí),會(huì)形成Cr-Re相(富Ni合金中的α相或富Co合金中的σ相)。等溫氧化實(shí)驗(yàn)表明,所研究合金的氧化產(chǎn)物Al2O3均近似拋物線生長(zhǎng)規(guī)律。通過截面樣品觀察了氧化膜下基體的成分和顯微結(jié)構(gòu)變化,并與DICTRA計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)于氧化后的合金相,成分分布計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好。通過建立β相貧化與氧化時(shí)間的關(guān)系,進(jìn)一步研究了高溫氧化過程中由于化學(xué)成分失效(Al的貧化)引起的合金壽命的變化。合金的化學(xué)壽命主要取決于氧化速率和Al的擴(kuò)散。合金中添加Re和Al能夠提高β相的體積分?jǐn)?shù)、降低氧化速率和Al的擴(kuò)散,從而提高其壽命。Re對(duì)富Co合金的影響明顯大于對(duì)富Ni合金的影響,這可能是由于兩種合金中相組成不同所導(dǎo)致的(富Co合金主要是γ、β和σ相,富Ni合金主要是γ、β和α相)。兩種成分近似的Co Ni Cr Al Re Y合金(一種為商用合金粉末冶煉的合金,一種為自購原料冶煉的實(shí)驗(yàn)合金)的氧化實(shí)驗(yàn)表明,但商用合金在氧化膜下的基體中僅形成了一層富含Cr-Re的區(qū)域,而實(shí)驗(yàn)合金在貧Al區(qū)析出了富含Cr-Re的σ相。DICTRA分析表明,該富集是由Al的貧化導(dǎo)致的Cr和Re化學(xué)勢(shì)降低引起的。富集形式的差別主要源于不同的合金相,實(shí)驗(yàn)合金含有γ,β和σ相,而商業(yè)合金含有γ,β,σ和α相。相組成的差別以及界面處Cr和Re富集并析出新相的不同傾向,與合金純度有關(guān)。純度較低的合金,α相向σ相的轉(zhuǎn)變更容易,因此Cr和Re在界面處不斷聚集并且導(dǎo)致了σ相顆粒的析出,而較高純度的合金僅在貧Al區(qū)形成了一層富含Cr-Re的區(qū)域。
[Abstract]:The MCrAlY coating (Ni or Co,Ni combination) is widely used in gas turbine system to reduce the oxidation of high temperature parts. The structure stability and life of the coating are very important. In this paper, the effect of Al,Re on phase transformation and oxidation life of Co,Ni based MCrAlY alloy was studied. The equilibrium microstructure of the alloy was calculated by using SSOL5 and TTNI8 thermodynamics databases and Thermo-Calc. The results show that the type and content of the alloy phase calculated by TTNI8 are in good agreement with the experimental results, but the results obtained by SSOL5 do not accord with the experimental results. The increase of 1 wt.% of Al will increase the volume fraction of 尾 phase by about 8%. The Cr-Re phase (偽 phase in Ni rich alloy or 蟽 phase in Co rich alloy) will be formed when the content of Al is higher than a certain critical value in the alloy containing Re. The isothermal oxidation experiments show that the oxidation product Al2O3 of the studied alloy is similar to the parabolic growth law. The changes of the composition and microstructure of the matrix under the oxide film were observed and compared with the results of DICTRA calculation. For the oxidized alloy phase, the calculated results of the composition distribution are in good agreement with the experimental results. By establishing the relationship between 尾 -phase dilution and oxidation time, the changes of alloy life caused by chemical component failure (Al dilution) during high temperature oxidation were further studied. The chemical life of the alloy mainly depends on the oxidation rate and the diffusion of Al. The addition of Re and Al to the alloy can increase the volume fraction of 尾 phase, decrease the oxidation rate and the diffusion of Al, thus improve the lifetime of the alloy. The effect of Re on the Co rich alloy is obviously greater than on the Ni rich alloy. This may be due to the difference in phase composition between the two alloys (緯, 尾 and 蟽 phases in Co rich alloys and 緯, 尾 and 偽 phases in Ni rich alloys). The oxidation experiments of two Co Ni Cr Al Re Y alloys with similar composition (one for commercial alloy powder smelting and one for self-made raw material smelting) show that, However, the commercial alloy formed only a layer of Cr-Re rich in the substrate under the oxide film, while the experimental alloy precipitated a 蟽 phase rich in Cr-Re in the poor Al region. DICTRA analysis showed that, The enrichment is caused by the reduction of Cr and Re chemical potential due to the dilution of Al. The enrichment forms are mainly derived from different alloy phases. The experimental alloys contain 緯, 尾 and 蟽 phases, while commercial alloys contain 緯, 尾, 蟽 and 偽 phases. The difference of phase composition and the tendency of Cr and Re at the interface to enrich and precipitate new phases are related to the purity of the alloy. The transition from 偽 phase to 蟽 phase is easier for alloys with lower purity. Therefore, Cr and Re accumulate continuously at the interface and lead to the precipitation of 蟽 phase particles, while the higher purity alloys form a layer rich in Cr-Re only in the poor Al region.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：2390016