鎳基高溫合金具有具有良好的力學(xué)性能、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。合金中一般摻雜著鉻、鐵、鉬、鈷、鋁、鈦等元素。在650-1000℃高溫下有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化、抗熱腐蝕能力,是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。鎳基高溫合金主要用于制造航空航天工業(yè)飛行用葉片,大功率噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī),核反應(yīng)堆,火電,光電等能源轉(zhuǎn)換設(shè)備上的高溫部件。但是,傳統(tǒng)的鎳基高溫合金難以在高溫,富氧,富氯的環(huán)境下保持基本的機(jī)械強(qiáng)度,因此,開展具有優(yōu)異抗氧化性和優(yōu)異耐腐蝕性的涂層研究具有重要意義。本論文采用電弧離子鍍技術(shù)在GH4169合金表面制備了NiAlSiY涂層,NiCrAlY涂層和NiCrAlSiY涂層,研究了在500℃時(shí)NiAlSiY涂層對GH4169合金的恒溫氧化和NaCl作用下的腐蝕行為;同時(shí)研究了NiCrAlY涂層和NiCrAlSiY涂層在750℃時(shí)對GH4169合金的恒溫氧化行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:（1）Ni-21Al-3Si-1Y涂層的抗氧化性和耐腐蝕性均強(qiáng)于Ni-17Al-3Si-1Y涂層和Ni-13Al-3Si-1Y涂層。MCrAlY類涂層的保護(hù)機(jī)理是高溫氧化后在涂層形成穩(wěn)定致密的氧化層,從而阻隔O... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)剖面材料示意圖

MCrAlY類涂層在高溫環(huán)境中的行為和機(jī)理研究-4-層熱障涂層結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的隔熱作用和抗氧化作用，而且制備工藝簡單，所以被廣泛應(yīng)用。但是陶瓷層與粘結(jié)層之間的界面差別明顯，在熱載荷的作用下，涂層內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)力和熱不均勻現(xiàn)象，使得性能難以提高。增加陶瓷層的厚度，涂層的隔熱效果會(huì)增強(qiáng)，而涂層與基體的溫度梯度差隨之增大，熱應(yīng)力在界面和內(nèi)部也會(huì)增大，涂層容易脫落[15]。圖1.2雙層熱障涂層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和工作原理除了上述3種涂層外，現(xiàn)在又出現(xiàn)包括新概念涂層，玻璃基涂層和γ′基涂層等多種特色高溫涂層[16-20]。這些涂層著力攻克某一方面，致力于抗氧化性，耐熱腐蝕性或結(jié)合力強(qiáng)等方面研究，通過設(shè)備工藝的調(diào)整，涂層材料的更換，加工方法的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了新型涂層熱穩(wěn)定性高，抗氧化性好的優(yōu)點(diǎn)，在以后的工程中會(huì)越來越多的運(yùn)用。綜上所述，高溫防護(hù)涂層最重要的是如何在提高涂層的抗氧化，耐腐蝕性能的同時(shí)降低涂層與基體材料的熱導(dǎo)率不一致問題，減少熱應(yīng)力產(chǎn)生，達(dá)到服役性能良好和服役壽命增長的平衡。1.3MCrAlY類涂層的各元素作用MCrAlY類涂層中元素依照防護(hù)作用分為3類：第一類是基體元素，用M代表；第二類是保護(hù)性元素，主要是Cr，Al，Si等可以形成氧化層阻止基體快速氧化腐蝕的元素；第三類是活性元素，以Y，Hf，Ta，Re等為代表，主要集中在元素周期表的ⅢB，ⅣB，ⅤB族，多為稀土元素。1.3.1基體元素作用基體元素主要包括Ni，Co，F(xiàn)e。在高溫氧化領(lǐng)域主要采用Ni基涂層；在高溫腐蝕領(lǐng)域主要采用Co基涂層；Fe基涂層應(yīng)用很少。和Ni基，Co基涂層相比，F(xiàn)e基涂層的

MCrAlY類涂層在高溫環(huán)境中的行為和機(jī)理研究-8-沉積參數(shù)；外界污染小，制備的涂層純度高；先進(jìn)的真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備配備電鏡，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控鍍膜，有利于進(jìn)行研究涂層的成長機(jī)理和生長方式；提高提高溫度可以加快沉積速率，可同時(shí)蒸鍍減少能量損耗等特點(diǎn)[43]。圖1.3蒸鍍裝置示意：(1)襯底加熱器；(2)襯底；(3)原料；(4)坩堝將蒸發(fā)物質(zhì)(圖1.3(3))--金屬塊狀物質(zhì)或粉末狀化合物等置于坩堝內(nèi)或掛在熱絲上(圖1.3(4))作為蒸發(fā)源；待鍍工件，一般是金屬、陶瓷、塑料等基體置于坩堝前方十幾厘米處。鍍膜時(shí)，等到蒸鍍系統(tǒng)達(dá)到高真空環(huán)境后，加熱坩堝使蒸發(fā)物質(zhì)快速蒸發(fā)成蒸氣態(tài)分子或原子，這些原子或分子逸出蒸發(fā)裝置后隨溫度降低凝固，最終沉積在基體表面。蒸發(fā)源到基體之間的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程，避免蒸氣分子與殘氣分子碰撞。蒸發(fā)源的溫度選擇和制備時(shí)間，蒸發(fā)源和基體的距離遠(yuǎn)近都可以影響涂層的厚度。涂層厚度可以按照實(shí)際要求改變，從不到1nm至幾μm都可實(shí)現(xiàn)。涂層制備的面積很大時(shí)，為了保證涂層均勻性，提高鍍膜質(zhì)量，通常會(huì)增加更多的蒸發(fā)源或旋轉(zhuǎn)基體。蒸發(fā)源加熱方式有三種類型：(1)電阻加熱蒸發(fā)源：采用高熔點(diǎn)金屬制成坩堝或絲狀，放置或懸掛蒸發(fā)物質(zhì)，通過電阻加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發(fā)物質(zhì)。(2)高頻感應(yīng)加熱源：用高頻感應(yīng)電流加熱坩堝和蒸發(fā)物質(zhì)。


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