【摘要】：作為“十三五”提出的“兩機(jī)”重大專(zhuān)項(xiàng)之一的航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展技術(shù)已深入到零部件性能提升上了,而零部件性能和材料密切相關(guān),以鎳基高溫合金為代表的航空材料長(zhǎng)期工作在高溫和腐蝕的環(huán)境中,而僅靠自身性能已無(wú)法滿足使用要求,因而亟需改善其高溫性能。在材料表面制備高溫防護(hù)涂層是解決這一問(wèn)題的有效途徑,其中擴(kuò)散滲鋁是用的較多的提高合金抗高溫氧化性的方法,而鉻改性的鋁化物涂層既可以提高合金的抗高溫氧化性又能提高抗高溫?zé)岣g性,具有很高的使用價(jià)值。中性鹽浴流動(dòng)性好、殘鹽少,但該法在高溫合金上使用極少,因此本文創(chuàng)新性的采用中性鹽浴法在鎳基高溫合金GH625表面進(jìn)行了擴(kuò)散滲鋁層和鋁鉻共滲層的制備,并運(yùn)用正交法優(yōu)化了滲劑配方和工藝。還研究了稀土La_2O_3改性的上述兩種滲層,對(duì)每種滲層進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試與分析。(1)綜合采用正交法和單因素法對(duì)中性鹽浴滲鋁、鋁鉻共滲配方及工藝進(jìn)行優(yōu)化,以滲層厚度和表面殘鹽清洗時(shí)間為評(píng)定指標(biāo)得出最優(yōu)的滲鋁配方(以下百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分比)和工藝參數(shù)為:6%Al、8%NaF、26%NaCl、60%BaCl_2,滲鋁溫度950℃,保溫時(shí)間為4h;得出鋁鉻共滲的最佳配方和工藝為9.5%Al、8%NaF、22%NaCl、50.5%BaCl_2,10%Cr_2O_3,共滲溫度950℃,保溫時(shí)間為4h。(2)研究表明兩種滲層表面都是由均勻致密的Al-Ni化合物組成,XRD檢測(cè)結(jié)果主要是β-NiAl相,其中鋁鉻共滲層表面有固溶的Cr相。截面形貌分析得到滲鋁層的厚度為50μm,鋁鉻共滲層的厚度為46μm,在其富Al層下方存在Cr的擴(kuò)散層。滲鋁層和鋁鉻共滲層的表面平均硬度分別為495.6HV、577.32HV,較基體的299.72HV分別提高了0.65和0.93倍;滲鋁層和鋁鉻共滲層的界面結(jié)合力分別為53N、63N。(3)基體、滲鋁層和鋁鉻共滲層經(jīng)1000℃氧化100h的結(jié)果表明:基體、滲鋁層及鋁鉻共滲層的氧化增重分別為0.94375 mg/cm~2、0.55625 mg/cm~2、0.4125mg/cm~2,說(shuō)明滲層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性。這是因?yàn)榛w在氧化過(guò)程中生成的Cr_2O_3保護(hù)膜不穩(wěn)定且易使氧化膜產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,氧化后期產(chǎn)生的NiCr_2O_4易導(dǎo)致氧化膜剝落失效;而滲鋁層和鋁鉻共滲層在氧化初期能快速形成θ-Al_2O_3,使得氧化增重較快,然后亞穩(wěn)態(tài)的θ-Al_2O_3向穩(wěn)態(tài)α-Al_2O_3繼續(xù)轉(zhuǎn)變,滲層的抗高溫氧化性得到極大提高。鋁鉻共滲層中的Cr能促進(jìn)θ-Al_2O_3向α-Al_2O_3的轉(zhuǎn)變并在擴(kuò)散區(qū)形成富Cr層阻止Al的內(nèi)擴(kuò)散,因此其抗高溫氧化性能比滲鋁層好。(4)對(duì)基體和兩種滲層在1000℃溫度下75wt%Na_2SO_4+25wt%NaCl混合鹽中進(jìn)行了100h的熱腐蝕實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:基體、滲鋁層及鋁鉻共滲層的腐蝕增重分別為30.009 mg/cm~2、12.012 mg/cm~2、6.685 mg/cm~2;在腐蝕初期基體表面氧化膜就剝落了,隨后生成NiO和尖晶石態(tài)NiCr_2O_4,并出現(xiàn)內(nèi)硫化,熱腐蝕現(xiàn)象加劇。而滲鋁層和鋁鉻共滲層在熱腐蝕過(guò)程中表面能持續(xù)形成Al_2O_3保護(hù)膜,減緩熱腐蝕速度,兩種滲層都體現(xiàn)出了良好的抗熱腐蝕性能。但是在熱腐蝕后期滲鋁層出現(xiàn)了剝落現(xiàn)象,富Al的β-NiAl相消耗很大,且有轉(zhuǎn)化成了部分γ相,因此滲層的抗高溫?zé)岣g能力下降;而鋁鉻共滲層中的Cr能抑制Al_2O_3的堿性溶解,表面氧化膜僅出現(xiàn)了局部的開(kāi)裂,表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫?zé)岣g性。(5)采用單因素法確定滲劑中La_2O_3的最佳添加量為1wt%。添加La_2O_3后的滲鋁層和鋁鉻共滲層厚度分別可達(dá)到93.59和51.61μm,表面主要相都是β-NiAl,且更致密均勻,表面還能檢測(cè)到La元素。(6)對(duì)添加La_2O_3后的滲鋁層和鋁鉻共滲層進(jìn)行了1000℃氧化100h的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:兩種滲層的氧化增重較未添加La_2O_3時(shí)有明顯減緩,表層氧化物仍然是以α-Al_2O_3為主,但θ-Al_2O_3向α-Al_2O_3的轉(zhuǎn)變速度變快,尤其是鋁鉻共滲層,說(shuō)明La_2O_3有促進(jìn)相變,降低氧化速度的作用。與未添加La_2O_3相比,兩種滲層的抗高溫氧化性都有了大的提高,鋁鉻共滲層依然表現(xiàn)出最好的抗高溫氧化性。(7)對(duì)添加La_2O_3后兩種滲層在1000℃溫度下75wt%Na_2SO_4+25wt%NaCl混合鹽中進(jìn)行了100h的熱腐蝕實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:兩種滲層的熱腐蝕增重進(jìn)一步變慢,說(shuō)明抗高溫?zé)岣g性能較未添加La_2O_3都提高了,這是因?yàn)長(zhǎng)a_2O_3能提高氧化膜的黏附性及細(xì)化涂層晶粒。在腐蝕100h后,滲鋁層表面僅出現(xiàn)了輕微的剝落現(xiàn)象,而鋁鉻共滲層氧化膜仍然保持連續(xù)狀態(tài)�？偟膩�(lái)說(shuō),本文創(chuàng)造性且成功地采用中性鹽浴滲在GH625合金表面制備了高界面結(jié)合力、高硬度、高溫性能優(yōu)異的鋁鉻滲層,為高溫合金表面改性提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4;TG132.3
【圖文】：

江蘇大學(xué)學(xué)術(shù)型碩士學(xué)位論文空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的渦輪葉片、導(dǎo)輪葉片等。而渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件。目前鎳基高溫合金在航空飛行器動(dòng)力部件上的使用已而且隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，鎳基高溫合金的運(yùn)用已經(jīng)逐漸推廣到石油化工、冶金礦山及交通運(yùn)輸?shù)群芏嗟墓I(yè)部門(mén)[10]。和鐵基高溫基高溫合金組織更穩(wěn)定，弱化相少以及有更強(qiáng)的抗高溫氧化和腐高溫合金相比，鎳基高溫合金葉片材料在高溫和大應(yīng)力下工作性

然后進(jìn)行高溫加熱并保溫一段時(shí)間。為提高涂層的質(zhì)法是在充滿惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行。固體粉末包埋法常見(jiàn)備鋁化物涂層。鎳基高溫合金表面滲鋁，滲鋁層主要是由成其他一些 Al 的金屬間化合物，具體可參見(jiàn) Al-Ni 二元Boone[28]探討了鎳基合金滲層的擴(kuò)散過(guò)程，得到了鋁化物700-800℃時(shí)，鋁的活度比鎳高，涂層主要是 Al 向基體內(nèi)；在高溫 980-1100℃之間，鋁的活度比鎳低，這時(shí)基體沉積在表面的鋁形成外擴(kuò)散涂層。包埋滲涂層與溫度、保相關(guān)。向志東[29]研究了包埋滲成分、溫度和時(shí)間對(duì)滲層厚厚度和時(shí)間的關(guān)系：h 16.2 t 4備簡(jiǎn)單是固體粉末包埋滲法的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是工件尺寸要達(dá)行涂層制備、且要求高精度的設(shè)備。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2722268