因同時具有優(yōu)異抗氧化和抗熱腐蝕綜合性能,β-（Ni,Pt）Al涂層被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)關(guān)鍵熱端部件（如單晶渦輪轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向葉片）的表面防護(hù)。由于（Ni,Pt）Al涂層Al含量高,在高溫環(huán)境下涂層會與單晶合金基體發(fā)生嚴(yán)重的元素互擴(kuò)散,這種元素互擴(kuò)散將導(dǎo)致涂層發(fā)生快速退化進(jìn)而失去抵抗高溫氧化能力,同時在基體側(cè)生成含有針尖狀TCP相的二次反應(yīng)區(qū)（SRZ）。二次反應(yīng)區(qū)的形成會破壞單晶基體中的γ/γ’共格結(jié)構(gòu),使得單晶基體的高溫力學(xué)性能（尤其高溫蠕變和疲勞）發(fā)生明顯下降。為了解決（Ni,Pt）Al涂層與單晶的元素互擴(kuò)散問題,本文將采取兩種方法減少β-（Ni,Pt）Al涂層與基體的元素擴(kuò)散:一是采用預(yù)鍍Ni層的方式制備β-（Ni,Pt）Al/Ni復(fù)合涂層,使形成（Ni,Pt）Al涂層所需的Ni源來自預(yù)鍍的Ni層,在延緩TCP相析出的同時擁有良好的抗氧化性能;二是引入Ni-Re層作為β-（Ni,Pt）Al涂層和單晶高溫合金之間的擴(kuò)散障前驅(qū)體,制備低擴(kuò)散NiRePtAl涂層,使其在更長時間和更高溫度下?lián)碛懈玫目寡趸阅�。主要研究�?nèi)容以及成果如下所示:為使涂層具有良好抗氧化性能的同... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級別】：博士

【圖文】：

圖１．２?Ｎｉ－Ｐｔ－Ａ丨在１１００?°Ｃ下的三元相圖＿??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｎｉ－Ｐｔ－Ａｌ?ｔｅｒｎａｒｙ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｔ?１１００?°Ｃ??

?第１章緒論???圖１．３?ＮｉＣｏＣｒＡ丨Ｙ涂層斷面形貌圖岡??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｆｒａｃｔｕｒｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ?ｃｏａｔｉｎｇ??（４）熱障涂層：??為了達(dá)到航空發(fā)動機(jī)高推重比的溫度要求，一方面需要采用最先進(jìn)的氣膜??冷卻技術(shù)，另一方面需要在葉片表面施加熱障涂層（Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｂａｒｒｉｅｒ?Ｃｏａｔｉｎｇｓ，??ＴＢＣｓ）來降低基體材料溫度［１３］。２０世紀(jì)５０￣６０年代，熱障涂層是直接將Ａ１２０３??或Ｚｒ０２這樣的陶瓷層直接噴涂于合金基體表面來制備的。但由于Ａｂ〇３的熱導(dǎo)??率較高，以及Ｚｒ０２的高溫?zé)岱�(wěn)定性較差，使用起來均達(dá)不到理想效果。后期引??入ＭＣｒＡｌＹ或鈾鋁涂層作為粘結(jié)層，同時在外層使用Ｙ２０３部分穩(wěn)定的Ｚｒ０２作??為陶瓷外層，外層的隔離作用能夠使涂層表面溫度降低１５０?°Ｃ左右，這樣熱障??涂層體系才逐漸滿足應(yīng)用要求。??如圖１．４所示典型的熱障涂層體系由四層組成，分別為陶瓷層、熱生??長氧化膜（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ?Ｇｒｏｗｎ?Ｏｘｉｄｅ，?ＴＧＯ）、粘結(jié)層和高溫合金基體丨４９，５９＂＾。陶??瓷層一般為?７?ｗｔ．％￣８?ｗｔ．％?Ｙ２Ｏ３?部分穩(wěn)定的?Ｚｒ〇２?（Ｙｔｔｒｉａ－ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ?Ｚｉｒｃｏｎｉａ，??ＹＳＺ），常見的制備手段為ＰＳ和ＥＢ－ＰＶＤ，陶瓷層主要起隔熱作用，降低葉片??的表面溫度；中間的粘結(jié)層是一種抗氧化的金屬涂層，通常為ＭＣｒＡｌＹ包覆涂??層或鈾鋁涂層，ＭＣｒＡｌＹ包覆涂層一般通過ＡＩＰ和ＥＢ－ＰＶＤ的方法制備；Ｐｔ改??性的鋁化物涂層，一般通過電鍍、退火以及后續(xù)的擴(kuò)散滲鋁制備得到。通常發(fā)?

?第１章緒論???呈凸起狀態(tài)。隨著氧化過程的持續(xù)，體積變化進(jìn)一步增大，最終在涂層表面發(fā)??生褶皺。因?yàn)檠趸さ淖冃嗡俣扰c涂層體積變化速度不一致，氧化膜下方容易??形成孔洞，產(chǎn)生裂紋，氧化膜將發(fā)生剝落，進(jìn)而失去對涂層的保護(hù)作用。因此??涂層褶皺現(xiàn)象將同樣嚴(yán)重影響涂層的抗高溫氧化性能。??剝落褶皺?裂紋氧化膜??＾Ｖｉ，Ｐｔ涂層?＾?丨涂；＾??圖１．５?ｐ－（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ涂層表面褶皺的形成示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｕｍｐｌｉｎｇ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐ￣（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ?ｃｏａｔｉｎｇ??（３）降低氧化膜粘附性??在單晶高溫合金上涂覆Ｐ－（Ｎｉ，Ｐｔ）Ａｌ涂層會在熱循環(huán)暴露過程中生成具有較??低氧化速率和良好粘附性的ａ－Ａｌ２０３氧化膜，這種連續(xù)致密的氧化膜會提高涂層??的抗氧化性。但是被設(shè)計在較高溫度下使用的單晶高溫合金，特別是ＮｂＡｌ基??金屬間化合物中有大量的難熔元素固溶在基體的Ｙ相和ｆ相中［７５＿７７】。在高溫氧??化過程中，基體中的難熔元素（如Ｍｏ、Ｗ）易向涂層發(fā)生外擴(kuò)散，并在涂層表??面形成揮發(fā)性氧化物（如Ｍｏ０３），破壞氧化膜的附著力進(jìn)而破壞其完整性［７５］，??使涂層上的氧化膜發(fā)生開裂和剝落現(xiàn)象，這將嚴(yán)重限制防護(hù)涂層的使用壽命［７８，??７９】。??（４）降低合金基體高溫力學(xué)性能??高溫氧化期間，除了基體中的難熔元素會向涂層擴(kuò)散，基體中的Ｎｉ元素同??樣會向涂層發(fā)生擴(kuò)散。如圖１．６所示，基體中Ｎｉ元素減少的同時吸收了涂層向??基體擴(kuò)散來的Ａ１元素，因此基體中原始的Ｙ／Ｙ’共格結(jié)構(gòu)被破壞，且伴隨發(fā)生了??由ｙ－Ｎｉ相向Ｙ＇－

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本文編號：3618940