本文選題：鉑改性鋁化物涂層 + 氣相滲鋁��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：針對(duì)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度不斷提高的發(fā)展趨勢(shì),本文利用電鍍Pt/Pt-Hf后進(jìn)行高溫低活度氣相滲鋁的方法制備了 Pt改性的單相(Ni,Pt)Al涂層,并選取活性元素Hf對(duì)涂層進(jìn)行改性,以期進(jìn)一步提高涂層的高溫服役性能,延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵熱端部件(例如葉片)的使用壽命。本文系統(tǒng)地研究了滲鋁過程中各參數(shù)對(duì)涂層組織的影響,并利用多元線性回歸方法演繹出相關(guān)參數(shù)對(duì)涂層厚度的影響公式,經(jīng)過R檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)、T檢驗(yàn)等多種方法驗(yàn)證后,證實(shí)該經(jīng)驗(yàn)公式能夠有效基于輸入工藝參數(shù)對(duì)涂層厚度進(jìn)行預(yù)測(cè),或根據(jù)需要的涂層厚度進(jìn)行滲鋁工藝參數(shù)設(shè)定。此外,本文研究了 Pt含量對(duì)(Ni,Pt)Al涂層高溫氧化行為的影響:初始Pt鍍層厚度為5 μm時(shí),(Ni,Pt)Al涂層氧化速率最低,氧化膜粘附性最好,且循環(huán)氧化過程中涂層表面起伏最小,相對(duì)于2 μm和8 μmPt鍍層樣品具有最佳的抗高溫氧化性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論分析,針對(duì)(Ni,Pt)Al涂層表面起伏提出一種新的解釋觀點(diǎn),認(rèn)為涂層在氧化過程中的相變、蠕變變形和氧化膜剝落三者之間存在相互聯(lián)系和促進(jìn)的關(guān)系,它們共同決定了涂層的整體抗高溫氧化性能。在900 ℃ Na2SO4/NaCl(75:25,wt./wt.)混合鹽中的熱腐蝕測(cè)試表明:熱腐蝕中同時(shí)存在氧化膜生長(zhǎng)與氧化膜溶解兩個(gè)過程,二者相互競(jìng)爭(zhēng),其相對(duì)速率的大小決定了涂層抗熱腐蝕性能。初始鍍Pt層厚度為8 μm Pt的涂層樣品較高含量的Pt濃度,有效的降低了涂層內(nèi)部Al活度,使得腐蝕初期生成的氧化膜較薄,從而熔鹽中的S、Cl等元素很容易穿過氧化膜而對(duì)涂層進(jìn)行內(nèi)氧化及內(nèi)硫化,同時(shí)導(dǎo)致氧化膜的溶解。當(dāng)涂層通過1100 ℃預(yù)氧化在表面預(yù)先形成一層完整的氧化膜后,較高溫度下形成的致密的氧化膜能夠有效阻止熔融鹽中的S、Cl等元素向內(nèi)擴(kuò)散,降低涂層的內(nèi)氧化及內(nèi)硫化速率,有效提高(Ni,Pt)Al涂層的抗熱腐蝕性能。利用Pt/Hf共沉積的方法獲得了 Hf顆粒均勻分布的復(fù)合鍍層,經(jīng)過同樣高溫低活度氣相滲鋁后,得到Hf改性(Ni,Pt)Al涂層,其中Hf元素在外層(Ni,Pt)Al中以較低濃度(0.1 at.%)均勻分布,在(Ni,Pt)Al相和互擴(kuò)散區(qū)(IDZ)之間形成連續(xù)的富Hf帶,外層(Ni,Pt)Al晶界上未見富Hf顆粒析出。在1100 ℃恒溫氧化及循環(huán)氧化測(cè)試結(jié)果表明,Hf元素的加入可以顯著降低(Ni,Pt)Al涂層的氧化速率,同時(shí)明顯降低氧化過程中涂層表面起伏程度,提高氧化膜的粘附性能。涂層底部富Hf帶的存在能夠有效減緩?fù)繉又蠥l元素的消耗速率,阻礙基體中重金屬元素向涂層外部擴(kuò)散,部分起到擴(kuò)散障作用。在熱腐蝕過程中,由于Hf元素的加入延緩了暫態(tài)氧化鋁向穩(wěn)態(tài)氧化鋁的轉(zhuǎn)變,使得相對(duì)疏松的暫態(tài)氧化鋁較長(zhǎng)時(shí)間存在涂層表面,同時(shí)Hf元素的加入進(jìn)一步降低了氧化膜的生長(zhǎng)速率,使得S、Cl等元素能夠很快穿過氧化膜進(jìn)入涂層內(nèi)部,加速了涂層的腐蝕;Cl元素通過與Hf元素形成揮發(fā)性的HfCl4,加速了涂層中Hf元素的消耗。因此,Hf改性的(Ni,Pt)Al涂層更適合用于條件更加苛刻的高溫環(huán)境。
[Abstract]:In this paper , the influence of various parameters on coating thickness is studied by means of multi - linear regression method . The thermal corrosion test in the mixed salt shows that both the growth of the oxide film and the dissolution of the oxide film in the mixed salt form two processes , the relative rate of which determines the anti - thermal corrosion performance of the coating . The dense oxide film formed at higher temperature can effectively prevent S , Cl and other elements in the molten salt from diffusing into the inner and lower the internal oxidation and the internal vulcanizing rate of the coating , so that the oxides can be effectively prevented from diffusing into the coating by the method of co - deposition of Pt / Hf . In the process of hot corrosion , the addition of Hf element delays the oxidation rate of Al element in the coating , and also obviously reduces the surface fluctuation degree of the coating . The addition of Hf element slows down the diffusion of Al element in the coating . At the same time , the addition of Hf element slows down the oxidation rate of Al element in the coating , and accelerates the corrosion of the coating . The Cl element accelerates the consumption of Hf element in the coating by forming volatile HfCl4 with Hf element .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1736511