本文關(guān)鍵詞：HVOF噴涂Co基合金涂層的制備及其高溫氧化和磨損行為研究　出處：《鋼鐵研究總院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：Co基合金涂層廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)零部件表面的強(qiáng)化。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的提高,渦輪進(jìn)口溫度升高,工作壓力加大,涂層需要在更高溫度、更重載荷的環(huán)境下工作,其應(yīng)用性能面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn),在服役過程中存在著因使用溫度升高而引起的過早失效現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了飛行安全。因此開發(fā)新的涂層材料和先進(jìn)的涂層制備技術(shù)以提高涂層在高溫下的使用壽命對(duì)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的提升具有重要意義。本文通過提高現(xiàn)有Co基涂層中的Cr含量和添加活性元素Y,設(shè)計(jì)制備了兩種新型Co基合金涂層材料,采用正交試驗(yàn)法獲得了優(yōu)化的HVOF噴涂工藝,系統(tǒng)研究了 Co基合金涂層的抗高溫氧化和高溫微動(dòng)磨損行為。建立了在800～1000℃、300小時(shí)范圍內(nèi)涂層氧化的動(dòng)力學(xué)模型,闡明了 Cr和Y對(duì)涂層抗高溫氧化行為的影響機(jī)制,揭示了涂層靜態(tài)高溫氧化動(dòng)力學(xué)規(guī)律和氧化失效機(jī)制。具體的研究結(jié)論如下:采用優(yōu)化的HVOF工藝制備的涂層顯微結(jié)構(gòu)致密均勻,孔隙率1%,不存在大孔徑孔隙、垂直裂紋和平行裂紋,氧化物夾雜含量1%。Cr含量的提高或活性元素Y的添加未對(duì)涂層的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響,涂層的顯微硬度(HV200)≥700,結(jié)合強(qiáng)度≥70MPa;涂層孔隙率對(duì)硬度和結(jié)合強(qiáng)度有明顯影響,當(dāng)孔隙率由8%降低至0.5%時(shí),涂層的顯微硬度由507升高至705,結(jié)合強(qiáng)度由51.5MPa 升高至 71.9MPa。Co-XY-1 和 Co-XY-3 涂層在 800-900℃ 以及 Co-XY-2 涂層在 800-1000℃ 的氧化動(dòng)力學(xué)曲線指數(shù)因子n≥2,氧化速率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯降低,涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能;在950℃和1000℃,Co-XY-1和Co-XY-3涂層氧化過程中氧化膜剝落嚴(yán)重,氧化動(dòng)力學(xué)曲線介于直線和平方拋物線規(guī)律之間。Cr含量的增加可縮短初始氧化和穩(wěn)定氧化之間的時(shí)間間隔,降低涂層的氧化速率,提高氧化膜中Cr203的純度;Y的加入改變了 Cr203膜的生長(zhǎng)機(jī)制,降低了形成完整Cr203膜的臨界鉻含量,提高了氧化膜的粘附性能,兩者均有利于改善涂層的抗高溫氧化性能。元素Y的添加不僅降低了涂層的氧化速率,而且增強(qiáng)了氧化膜的抗剝落性能,對(duì)抗高溫氧化性能的改善作用優(yōu)于Cr含量的提高。氧化過程中涂層外側(cè)存在不同程度的Cr元素貧化現(xiàn)象,其中以Co-XY-3涂層最重,Co-XY-2涂層最輕。隨著氧化時(shí)間延長(zhǎng)和溫度升高,貧化程度增加;氧化膜破損后,涂層表面Cr的貧化程度均明顯增強(qiáng)。涂層表面的氧化和Cr的貧化是涂層退化并最終失效的主要原因。涂層失效的突破口在于初生氧化膜的局部破損,外表面由于Cr的貧化而無法阻礙Co元素的快速氧化,涂層向基體材料方向迅速退化,直至涂層失效。涂層對(duì)基體材料的耐高溫微動(dòng)磨損性能均具有明顯的改善作用。在600℃和800℃微動(dòng)磨損條件下,Co-XY-2涂層表面的磨損量最小,Co-XY-1和Co-XY-3表面的磨損量基本相當(dāng)�；钚栽豗的加入提高了表面氧化膜與涂層的黏附性,從而提高了涂層的抗高溫微動(dòng)性能,Cr含量增加對(duì)涂層抗高溫微動(dòng)磨損性能無明顯影響。
【學(xué)位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V263

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