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不同成分Al-Si涂层的抗氧化性能研究

不同成分Al-Si涂层的抗氧化性能研究

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作者：娄瑾哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本论文以航空发动机涡轮叶片为应用背景。用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了Al-Si涂层。涂层制备时,在料浆中分别添加少量铬酐(CrO)、不添加铬酐(CrO)、添加较多量铬酐(CrO)得到了三种不同成分的Al-Si涂层。用静态氧化增重... 详细信息

本论文以航空发动机涡轮叶片为应用背景。用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了Al-Si涂层。涂层制备时,在料浆中分别添加少量铬酐(CrO)、不添加铬酐(CrO)、添加较多量铬酐(CrO)得到了三种不同成分的Al-Si涂层。用静态氧化增重法对三种涂层进行抗氧化性能试验,试验温度为1000℃,保温时间依次为5h,25h,50h,100h,150h,200h.。以W=Kt为拟合公式,用最小二乘法拟合出三种不同成分Al-Si涂层的氧化动力学方程分别为:X=106.65t X=282.03t X=60.02t。方程不符合简单的抛物线方程,其指数n>2,表面生成了致密的氧化膜。用origin软件绘制氧化动力学曲线,三种Al-Si涂层在氧化初期增重较快,随着致密的α-AlO氧化膜的生成,氧化动力学曲线趋于平缓。添加少量CrO得到的Al-Si涂层的氧化动力学曲线始终低于不添加CrO得到的Al-Si涂层和添加大量CrO得到的Al-Si涂层,且氧化50小时后接近水平直线。用带能谱的扫描电子显微镜对氧化膜和截面组织形态进行观察及分析。观察发现三种Al-Si涂层在氧化初期以亚稳态θ-AlO的生成为主,随着氧化时间的延长,θ-AlO向外生长并向α-AlO转变。添加少量CrO得到的Al-Si涂层中含有少量的Cr等离子有利于θ-AlO向α-AlO转变的离子,氧化50小时后转变基本完成。不添加CrO得到的Al-Si涂层和添加大量CrO得到的Al-Si涂层氧化初期阶段生成了较多的NiCrO、TiO、NiAlO等化合物,这些化合物破坏了涂层的连续性和致密性。氧化过程中,添加少量CrO得到的Al-Si涂层生成的氧化膜最致密。截面组织形态观察发现三种Al-Si涂层属于内扩散涂层,由氧化层、外层、中间层、扩散层组成。氧化过程中,三种Al-Si涂层表层生成了连续的氧化膜。经过200小时氧化后,三种Al-Si涂层外层仍由β-NiAl组成。其中添加少量CrO得到的Al-Si涂层扩散层形成了一层连续的富硅“隔层”阻止了铝与合金元素的互扩散,其外层的Al含量变化最小。因此,三种不同成分的Al-Si涂层中,添加少量CrO得到的Al-Si涂层的抗高温氧化性最好。

关键词： Al-Si涂层高温氧化无机盐料浆法铬酐(CrO3)

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