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超音速等离子喷涂Al-35Si-4Fe涂层制备工艺优化及摩擦学性能

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热喷涂技术 2024年第1期16卷 80-85页

作者：顾宗强雷秋骏姚春欢徐逸铭徐浩博中国铁路广州局集团有限公司广州机务段广州510499 中国铁路上海局集团有限公司杭州机辆段杭州310000 中车戚墅堰机车有限公司江苏常州213011 大连海事大学休斯敦国际学院辽宁大连116085 中信重工机械股份有限公司河南洛阳471600

为改善铝硅合金的摩擦学性能,以YL113铝硅合金为基体,喷涂功率、总气流量和喷涂距离为试验因素,显微硬度和孔隙率为考核指标,采用三因素三水平的正交试验法得到了超音速等离子喷涂Al-35Si-4Fe涂层的最佳制备工艺;研究了此工艺下涂层的... 详细信息

为改善铝硅合金的摩擦学性能,以YL113铝硅合金为基体,喷涂功率、总气流量和喷涂距离为试验因素,显微硬度和孔隙率为考核指标,采用三因素三水平的正交试验法得到了超音速等离子喷涂Al-35Si-4Fe涂层的最佳制备工艺;研究了此工艺下涂层的摩擦学性能。结果表明:在喷涂功率65 kW,总气流量110 L min,喷涂距离95 mm时,涂层质量最佳,Al-35Si-4Fe涂层的显微硬度达到(465±24.4)HV_(0.2),涂层孔隙率为1.3%。试验条件下,Al-35Si-4Fe涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,磨粒磨损为辅。Al-35Si-4Fe涂层的磨损率为1.88×10^(-4) mm^(3)(N·m),摩擦因数为0.37。优化后的Al-35Si-4Fe涂层能有效保护内部YL113铝硅合金,延长其使用寿命,并应对更加复杂的工况。

关键词：超音速等离子喷涂正交试验铝硅涂层摩擦学性能

铝硅涂层在1050℃下含氯硫酸盐中的热腐蚀行为

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材料热处理学报 2018年第11期39卷 115-120页

作者：张祥王宏宇汪涵朱长顺江苏大学机械工程学院

采用涂盐法研究了铝硅涂层在1050℃下含氯硫酸盐（75%Na2SO4＋25%NaCl）中的热腐蚀行为,并与其在相同温度下混合硫酸盐中的热腐蚀行为进行对比,同时讨论了其热腐蚀机理。结果表明：铝硅涂层在1050℃下含氯硫酸盐中的热腐蚀较其在混合硫... 详细信息

采用涂盐法研究了铝硅涂层在1050℃下含氯硫酸盐（75%Na2SO4＋25%NaCl）中的热腐蚀行为,并与其在相同温度下混合硫酸盐中的热腐蚀行为进行对比,同时讨论了其热腐蚀机理。结果表明：铝硅涂层在1050℃下含氯硫酸盐中的热腐蚀较其在混合硫酸盐中更加严重;其在整个热腐蚀的过程中,不仅没能形成致密的保护性氧化膜,而且还发生了熔盐对涂层表面直接的化学腐蚀;此外,在热腐蚀前60 h涂层的质量一直在减小。分析认为,含氯硫酸盐中氯离子的存在,不仅加速了氧化铝膜的溶解进而诱发了化学腐蚀,而且所生成的氯气与Al反应生成挥发性的AlClx,造成了涂层在含氯硫酸盐中热腐蚀行为既不符合一般的氧化腐蚀规律,也不同于其在混合硫酸盐中的热腐蚀行为。

关键词：铝硅涂层热腐蚀含氯硫酸盐化学腐蚀 AlClX

铝硅涂层在1050℃下混合硫酸盐中的热腐蚀行为

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材料热处理学报 2016年第11期37卷 140-145页

作者：王宏宇崔万里袁晓明赵前汪涵江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为300μm厚的铝硅涂层,考察了其在1050℃下混合硫酸盐（Na2SO4＋25%K2SO4）中的热腐蚀行为,较为系统地研究了其热腐蚀动力学行为及其机制、熔盐作用下氧化膜的生长与破坏过程和热腐蚀不同时间后... 详细信息

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为300μm厚的铝硅涂层,考察了其在1050℃下混合硫酸盐（Na2SO4＋25%K2SO4）中的热腐蚀行为,较为系统地研究了其热腐蚀动力学行为及其机制、熔盐作用下氧化膜的生长与破坏过程和热腐蚀不同时间后的腐蚀产物等。结果表明,相对于已有铝硅涂层在高温条件下（850~980℃）热腐蚀的相关研究,其在1050℃超高温下混合硫酸盐中的热腐蚀更加严重,这与超高温下熔盐对保护性氧化膜的熔解作用更强密切相关。在本实验条件下,铝硅涂层在1050℃下混合硫酸盐中热腐蚀70 h后已趋于失效,当热腐蚀90 h时其腐蚀层深度已达约75μm;此时,不仅涂层中Al和Ni直接与熔盐相互作用,而且Cr、Si也参与了与熔盐的反应,同时高温合金基体中的Ti也已扩散至表面。

关键词：金属粘结层铝硅涂层超高温热腐蚀混合硫酸盐热腐蚀行为

镍基高温合金铝硅涂层高速旋转燃气热冲击实验研究

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材料研究与应用 2023年第3期17卷 512-520页

作者：李博海王霭龄火克莉蒙彩思张晓珊付细玲陈岚赵思豪夏杰中国人民解放军93147部队贵州贵阳550025 贵阳航发精密铸造有限公司贵州贵阳550014 武汉铁盾民防工程有限公司湖北武汉430200 湖南江冶涂层技术有限公司湖南湘潭411399 湖南工学院湖南衡阳421002

为了提高叶片在恶劣服役环境下的使用性能,用料浆法在DZ417G高温合金表面制备了铝硅涂层,利用涡轮叶片模拟服役环境装置,分别开展了900和1100℃下的高速旋转燃气热冲击实验,并且用扫描电镜对试样表面和截面进行了形貌观察及成分分析,以... 详细信息

为了提高叶片在恶劣服役环境下的使用性能,用料浆法在DZ417G高温合金表面制备了铝硅涂层,利用涡轮叶片模拟服役环境装置,分别开展了900和1100℃下的高速旋转燃气热冲击实验,并且用扫描电镜对试样表面和截面进行了形貌观察及成分分析,以及采用XRD分析了涂层的相结构。结果表明:经高速旋转热冲击后,涂层结构保持完整,其对基底有良好的保护作用;热冲击后在涂层外表面形成不连续氧化膜,与静态氧化时呈现的氧化机理不同。

关键词：铝硅涂层料浆法燃气热冲击高温氧化

激光熔注氧化铈改性铝硅涂层的工艺优化及微观组织

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材料热处理学报 2017年第7期38卷 145-150页

作者：李鹏飞王宏宇汪涵赵前支相杰陈胜江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为280μm厚的铝硅涂层,以纳米氧化铈含胶浆料作为中间体在铝硅涂层表面形成透光预置层后进行激光熔注试验,获得稀土改性的铝硅涂层。以熔深偏离量和缺陷等级为指标对激光工艺参数进行了优化,并采... 详细信息

采用粉末共渗法在镍基高温合金表面获得约为280μm厚的铝硅涂层,以纳米氧化铈含胶浆料作为中间体在铝硅涂层表面形成透光预置层后进行激光熔注试验,获得稀土改性的铝硅涂层。以熔深偏离量和缺陷等级为指标对激光工艺参数进行了优化,并采用OM、SEM、EDS及ToupView软件等对比分析了改性前后铝硅涂层的微观组织。结果表明:本文试验条件下,最优的工艺参数为150 W的激光功率、1000 mm·min^(-1)的扫描速度、20 mm的离焦量。在此参数条件下获得的涂层结构,由改性前的3层转变为两层,即基底上分布着"花朵状"细小组织的改性外层和效果增强的扩散障内层。

关键词：铝硅涂层纳米氧化铈激光熔注工艺参数扩散障

铝硅涂层激光熔注微细颗粒改性层形成机理及其氧化性能研究

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铝硅涂层激光熔注微细颗粒改性层形成机理及其氧化性能研究

作者：赵前江苏大学

学位级别：硕士

面对持续升高的工作温度和日趋复杂的服役环境,提升金属粘结层的抗氧化腐蚀性能,是热障涂层研究领域始终的热点主题和不懈的追求目标。本文基于对国内外相关研究现状分析和课题组前期研究,提出了“以铝硅涂层为对象,在保持其内层原位扩... 详细信息

面对持续升高的工作温度和日趋复杂的服役环境,提升金属粘结层的抗氧化腐蚀性能,是热障涂层研究领域始终的热点主题和不懈的追求目标。本文基于对国内外相关研究现状分析和课题组前期研究,提出了“以铝硅涂层为对象,在保持其内层原位扩散障结构的基础上,采用激光冲击熔注技术在其表面引入微细稀土颗粒,充分发挥激光加工技术高能快冷特性和微细稀土颗粒的小尺寸效应和活性元素效应的协同作用,从而实现其多元化抗氧化腐蚀改性”的新思路。研究中,从激光熔注微细颗粒实现注入的理论基础、激光熔注微细颗粒工艺参数与预置层间的耦合和激光熔注微细颗粒改性铝硅涂层的显微组织及硬度等三个方面,较为系统地研究了铝硅涂层激光冲击熔注改性层的形成机理,并考察了所制备改性铝硅涂层的高温氧化性能,旨在为金属粘结层多元化抗氧化腐蚀改性提供理论依据和技术支撑。本文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)分析了微细颗粒激光冲击熔注实现注入的过程,给出了基体、微细颗粒和粘结剂三者熔点、沸点等物性间的匹配关系;同时,根据能量守恒定律,建立微细颗粒激光冲击熔注实现注入微细颗粒所需能量理论模型;此外,根据微细颗粒熔点与粒径关系,确定适用于激光冲击熔注微细颗粒粒径大小,进而为激光冲击熔注微细颗粒实现注入奠定理论基础。研究表明,微细颗粒激光冲击熔注实现注入,需满足粘结剂的熔点不大于基体的熔点、基体的熔点不大于微细颗粒的熔点且粘结剂的沸点不大于微细颗粒的熔点;而且,以本文拟熔注微细氧化铈为例,当粒径达到80 nm以上时其已接近氧化铈的正常熔点值,结合市面上可选购的氧化铈颗粒粒径尺寸范围,选定的本文后续研究的微细颗粒的粒径尺寸为1μm。(2)鉴于激光冲击熔注微细颗粒技术是一种新型激光表面改性涂层制备技术,论文在探索性实验和第二章理论分析的基础上,确定本文实验条件下的激光工艺参数窗口,以此进行正交优化和单因素优化实验并确定最优工艺参数,随后开展激光工艺参数与胶粉复合预置层状态(胶粉比、预置层厚度)之间相互作用研究。研究表明,本文试验条件下,综合考虑熔池熔深D、微细颗粒注入深度D、熔池缺陷等级D评价指标,得出激光功率是影响激光熔注微细颗粒改性铝硅涂层的主要因素,扫描速度次之,离焦量影响最小,最优激光工艺参数为:激光功率450W、扫描速度1100 mm/min、离焦量-1mm。改变复合预置层中胶粉比大小其实质是改变用于粘结剂气化爆炸吸收的能量E分配比例,而改变复合预置层厚度,其实质是在改变用于微细颗粒温升E和基体熔化形成熔池E的能量配比关系。(3)采用SEM、EDS、XRD、OM、显微硬度仪等测试分析手段,首先对比了改性前后铝硅涂层的物相组成、微观组织和元素变化过程,其次较为系统地考察了激光功率、复合预置层中胶粉比、复合预置层厚度对改性层显微组织和硬度的影响。研究表明,铝硅涂层经激光改性作用后其主要组成相除β-NiAl、NiAl、CrSi外,还出现NiSi和CeSiO,其外层组织为富含稀土且晶粒细小的胞状凝固组织,而内层扩散障作用显著加强;随激光功率增大,改性层组织由大面积无形貌特征组织逐步向细小的胞状凝固组织再到粗大组织转变;随复合预置层中胶粉比减小,其组织由晶粒细小的树枝晶逐步向胞状等轴晶转变;随复合预置层厚度增大,其组织由胞状等轴晶逐步向晶粒细小的树枝晶转变。改性层硬度整体变化均匀,为基体的2.3.8倍,其值随着激光功率的增加而降低,随着胶粉比减小而降低,随预置层厚度增大而升高。(4)采用SEM、EDS、XRD、OM等测试分析手段,分别从涂层热氧化后表面热氧化产物、涂层表面微观形貌、涂层热氧化后横截面微观形貌三个方面较为系统地对比分析了铝硅涂层激光熔注改性前后在1050℃下150h恒温热氧化行为,并对涂层表面氧化膜抗剥落能力进行了初步研究。研究表明,同铝硅涂层相比,改性铝硅涂层表面同样发生了氧化铝膜相变过程,但是氧化铈的加入,使得氧化铝膜快速完成相变进入稳态氧化阶段,氧化至150h时,涂层表面氧化膜以均匀稳定的α-AlO氧化膜为主,改性铝硅涂层表面氧化膜出现了明显的“钉扎现象”,提高了氧化膜的粘附性。改性铝硅涂层经热氧化100h空冷后,其表面氧化膜主要以单元剥落为主,虽然剥落面积已经达到了62.7%,但涂层表面剥落区并未暴露基体,而是重新分布致密的细针薄片状氧化铝膜,体现了改性铝硅涂层较强的氧化膜自修复能力。

关键词：热障涂层铝硅涂层激光冲击熔注能量条件光粉耦合显微组织热氧化行为微细氧化铈

铝硅涂层在不同温度下的超高温热腐蚀行为及其改性基础

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铝硅涂层在不同温度下的超高温热腐蚀行为及其改性基础

作者：崔万里江苏大学

学位级别：硕士

燃气涡轮发动机是体现国家核心竞争力的重要标志,涡轮进口温度是先进燃气涡轮发动机的一大特征,国际上公认热障涂层是显著提高发动机服役温度最切实可行的办法。金属粘结层在极高服役温度下的抗氧化腐蚀能力,尤其是其抗热腐蚀性(即含盐... 详细信息

燃气涡轮发动机是体现国家核心竞争力的重要标志,涡轮进口温度是先进燃气涡轮发动机的一大特征,国际上公认热障涂层是显著提高发动机服役温度最切实可行的办法。金属粘结层在极高服役温度下的抗氧化腐蚀能力,尤其是其抗热腐蚀性(即含盐条件下的热氧化)直接关系到热障涂层的使用寿命。本文围绕“热障涂层抗超高温氧化腐蚀金属粘结层”这一研究主题,以具有较好抗高温热腐蚀性能且极易形成在超过1000℃以上仍具有良好稳定性氧化铝膜的铝硅涂层为对象,研究了其在1050℃、1150℃、1250℃混合硫酸盐中热腐蚀后的微观形貌、热腐蚀动力学、腐蚀产物等热腐蚀行为,并初步探讨了铝硅涂层在超高温环境下的热腐蚀机理;同时,考察了预氧化处理对改善铝硅涂层抗超高温热腐蚀性能的效果;从而为新型抗超高温氧化腐蚀金属粘结层的研制提供一定的理论基础和技术支持。所开展的研究工作和取得的成果如下:(1)研究了铝硅涂层在1050℃温度下混合硫酸盐中热腐蚀行为。研究表明:相对于高温条件,铝硅涂层在1050℃下混合硫酸盐中的热腐蚀要严重得多。铝硅涂层热腐蚀70小时后开始失重,此时表面疏松的氧化膜不再具有保护作用,不仅涂层中Al和Ni直接与熔盐相互作用,而且涂层中的Cr、Si也直接参与了与熔盐的反应,同时高温合金基体中的Ti也已扩散至表面。在热腐蚀90小时后其腐蚀层的深度已达约75μm。(2)研究了铝硅涂层在1150℃温度下混合硫酸盐中热腐蚀行为,并初步讨论了其热腐蚀机制。研究表明:铝硅涂层在1150℃下混合硫酸盐中发生了灾难性的热腐蚀,热腐蚀过程中Si元素呈向外扩散趋势,70h后,涂层中几乎不含Si元素。热腐蚀70h后占涂层50%左右的腐蚀区域已经完全剥落。并且热腐蚀70h后残留区域的扩散障在此温度下能够有效的抵御硫酸盐的侵蚀,对基体起到了一定的保护作用。(3)研究了铝硅涂层在1250℃温度下混合硫酸盐中热腐蚀行为。研究表明:在热腐蚀达到60h时,腐蚀产物完全剥落,涂层仅剩下原有的50%左右,热腐蚀80h已经失重达到15.85mg/cm2,涂层已经完全剥落,并且内层扩散障无法在1250℃下混合硫酸盐的环境中长时间的抑制熔盐的侵蚀,扩散障内部出现裂纹并且迅速的剥落,基体遭受了毁灭的破坏。(4)以铝硅涂层为对象,在其表面预制了一层约8微米厚的保护性氧化膜,考察了其在1150℃下混合硫酸盐中的热腐蚀行为,并初步讨论了其热腐蚀机制。研究表明:预氧化铝硅涂层在1150℃下混合硫酸盐中热腐蚀的前60h,其表面形成以氧化铝为主的连续致密的保护性氧化膜,而且其热腐蚀动力学曲线呈现近似抛物线规律,热腐蚀150h后,铝硅涂层特有的内层扩散障表现出较好的抑制O、S等元素继续侵入的作用。综上所述,铝硅涂层在超过1000℃混合硫酸盐中遭受了较为严重的热腐蚀,而预氧化对改善其抗超高温热腐蚀性能有一定的作用;本文研究结果进一步证实了在开展抗超高温氧化腐蚀金属粘结层的研究的研究过程中,需更积极地关注其超高温热腐蚀行为及机理的研究。

关键词：热障涂层金属粘结层铝硅涂层超高温热腐蚀行为混合硫酸盐涂层预氧化