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湿吹砂电弧离子镀AlSiY涂层的抗高温腐蚀性能

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航空制造技术 2022年第15期65卷 75-81页

作者：李汉运王博彭新杨霖袁福河中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司技术中心沈阳110043 北京航空航天大学北京100191 空装驻沈阳地区第二军事代表室沈阳110043 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司热表处理厂沈阳110043

为解决和减轻航空发动机及燃气轮机高压涡轮叶片合金表面的高温腐蚀问题,采用空心阴极电弧离子镀技术在DZ22定向凝固镍基高温合金表面沉积AlSiY涂层。结果表明,沉积的AlSiY涂层经过高温真空扩散热处理后由表面层、中间层和薄的内扩散层... 详细信息

为解决和减轻航空发动机及燃气轮机高压涡轮叶片合金表面的高温腐蚀问题,采用空心阴极电弧离子镀技术在DZ22定向凝固镍基高温合金表面沉积AlSiY涂层。结果表明,沉积的AlSiY涂层经过高温真空扩散热处理后由表面层、中间层和薄的内扩散层组成,为β–NiAl单相金属间化合物合金,具有高活度扩散渗铝涂层的组织特征。热腐蚀热重分析以及对涂层截面形貌观察结果说明湿吹砂处理显著改善了涂层抗涂盐及燃气高温腐蚀性能。未湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层表面的涂盐和燃气热腐蚀产物皆为Al_(2)O_(3)和NiAl_(2)O_(4),氧化膜较厚且涂层内有孔洞形成,涂层几乎全部退化成了γ′–Ni_(3)Al相。经过湿吹砂处理的AlSiY扩散涂层的涂盐和燃气热腐蚀产物都以Al_(2)O_(3)为主,生成的氧化铝膜薄而致密,显著改善涂层的抗高温热腐蚀性能,从而延长涂层的使用寿命。

关键词：电弧离子镀(AIP) 铝化物涂层 AlSiY 热扩散湿吹砂高温热腐蚀

γ-TiAl基合金高温氧化及高温腐蚀性能研究

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γ-TiAl基合金高温氧化及高温腐蚀性能研究

作者：冀克明长春工业大学

学位级别：硕士

γ-TiAl基合金是一种新型轻质高温结构材料,因其具有低密度、高比强度、良好的高温强度及抗蠕变性能,所以在轻质高温结构部件领域具有广泛的应用潜力。但是,γ-TiAl基合金高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能不佳,制约了其作为高温结构材... 详细信息

γ-TiAl基合金是一种新型轻质高温结构材料,因其具有低密度、高比强度、良好的高温强度及抗蠕变性能,所以在轻质高温结构部件领域具有广泛的应用潜力。但是,γ-TiAl基合金高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能不佳,制约了其作为高温结构材料的应用。向γ-TiAl基合金中加入Nb元素不仅能够提高其高温变形性能,在一定程度上还能够提高合金的高温抗氧化性能。本文采用Al单质粉末与细化的Ti粉和Nb粉混合,通过真空热压烧结工艺制备出等轴细晶γ-TiAl和α-TiAl双相Ti-45Al-x Nb(x=5、7、9)合金,系统地研究了合金的高温氧化行为和热腐蚀行为。利用X-射线、透射电镜、扫描电镜和能谱分析仪等测试分析氧化层和腐蚀层组织结构与相特征。得出以下结论:(1)利用真空热压烧结工艺将细化后的Ti粉和Nb粉与Al单质粉末混合烧结,制备出等轴细晶双相(γ+α)γ-TiAl基合金。Nb元素可以促进γ-TiAl合金中α-TiAl相的生成,随着Nb元素含量增加,α-TiAl相含量增多,α-TiAl相起到第二相强化作用,提高了γ-TiAl基合金的组织硬度。(2)纯氧环境下的氧化产物为TiO和AlO。由于氧化层与基体膨胀系数的不同,导致合金在升温阶段、降温阶段与保温阶段增重速率不同,其中保温阶段增重最快,降温阶段增重最慢。Nb元素的加入降低了合金的氧化增重速率和氧化层厚度,有效地抑制了合金表面氧化物的生成和生长,有利于提高γ-TiAl合金的抗氧化性能。(3)空气长时间氧化实验表明,γ-TiAl基合金的氧化层由四部分组成。由外向内依次为TiO/AlO/(Ti,Nb)O/富Nb层。由于Ti和Al发生扩散与氧结合生成氧化物,造成了过渡区域Nb的富集,形成富Nb层。(Ti,Nb)O区域中含有Nb元素,在此处的高价态的Nb取代TiO中Ti,从而降低了Ti离子的缺陷浓度,有效地抑制了基体继续发生氧化反应。(4)900℃,NaSO熔融环境下热腐蚀实验表明,在NaSO熔融环境下Nb活性提高,Nb发生反应生成了NbO相和Na Nb O相。热腐蚀100 h后的腐蚀层为TiO、AlO、NbO和Na Nb O多种产物的混合腐蚀层。Nb元素含量的增加导致腐蚀产物增多,合金不能形成组织均一的腐蚀层,腐蚀层结构疏松,不能有效保护基体不被继续腐蚀。

关键词： γ-TiAl基合金真空热压烧结细晶高温氧化高温热腐蚀

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FCC/L12共格高熵高温合金的研究进展

材料导报 2020年第17期34卷 17041-17046页

作者：姚宏伟卢一平曹志强王同敏李廷举大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室京都大学工学研究科材料科学与工程系

高温合金是航空航天、能源等领域的高端装备核心热部件的关键材料。多年来,研究人员通过微合金化和先进制造工艺等方法,不断提升传统高温合金的性能,但由于受到合金主元的熔点限制,当前先进高温合金的性能已接近其极限。自2004年以来,... 详细信息

高温合金是航空航天、能源等领域的高端装备核心热部件的关键材料。多年来,研究人员通过微合金化和先进制造工艺等方法,不断提升传统高温合金的性能,但由于受到合金主元的熔点限制,当前先进高温合金的性能已接近其极限。自2004年以来,高熵合金作为一种新型的合金体系表现出优异的综合性能,得到了广泛关注。高熵合金包含多种主元,在性能上的鸡尾酒效应可以融合各个主元的特点,突破了单一主元对合金性能的限制。随着对材料性能需求的不断提高,高熵合金也不仅限于单相固溶体,近年来也开发了大量第二相强化的高熵合金。其中,高熵高温合金结合了高熵合金多主元设计思想和传统高温合金共格析出的结构特点,表现出稳定的FCC/L12相结构和优异的高温性能,为新型高温结构材料的开发提供了希望。然而,高熵高温合金的相形成规律缺乏可靠的理论,强化和变形机理缺乏系统研究。此外,高温材料在环境中的表面稳定性是在工程应用中衡量材料性能的重要指标,而相关研究较少。近年来,研究人员基于已有的合金设计经验和计算机模拟方法,开发了一系列高熵高温合金,通过添加多种合金化元素不断提高材料的高温性能,研究了L12相的析出形貌和热稳定性、FCC/L12间的晶格错配度等对高温强度、蠕变性能的影响,并且对一些综合性能优异的高熵高温合金进行了高温氧化和热腐蚀测试,推进了高温高熵合金的工业化应用。本文归纳了高熵高温合金的研究进展,分别对相形成规律、力学性能、高温氧化和热腐蚀等进行了简单介绍,分析了变形机制、氧化和热腐蚀机理,指明了未来高熵高温合金的发展方向,以期为高熵高温合金的研发和工程应用提供一定的参考。

关键词：高熵高温合金 FCC/L12共格析出高温蠕变抗氧化性能高温热腐蚀

铼对CoNiCrAlY涂层合金抗热腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2010年第2期39卷 243-248页

作者：陈林聪张弛杨志刚清华大学北京100084

对一种掺3%～5%(质量分数,下同)铼(Re)的CoNiCrAlY燃气轮机用高温涂层合金在1000℃进行热腐蚀实验,利用X射线衍射、SEM和EDS分析其热腐蚀行为。结果表明,无论掺杂Re与否,涂层合金均产生内氧化现象;与不掺杂Re的合金相比,CoNiCrAlY合金... 详细信息

对一种掺3%～5%(质量分数,下同)铼(Re)的CoNiCrAlY燃气轮机用高温涂层合金在1000℃进行热腐蚀实验,利用X射线衍射、SEM和EDS分析其热腐蚀行为。结果表明,无论掺杂Re与否,涂层合金均产生内氧化现象;与不掺杂Re的合金相比,CoNiCrAlY合金中Re的加入能够减小贫Al区的厚度,稳定α-Cr(Re)相,有利于Cr2O3氧化膜的形成,进而阻挡了熔融的Na2SO4与基体的接触,防止熔盐对基体的热腐蚀。

关键词：铼 CoNiCrAlY合金高温热腐蚀内氧化

镍基高温合金表面中性盐浴铝铬共渗及其性能研究

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镍基高温合金表面中性盐浴铝铬共渗及其性能研究

作者：杨松江苏大学

学位级别：硕士

作为“十三五”提出的“两机”重大专项之一的航空发动机发展技术已深入到零部件性能提升上了,而零部件性能和材料密切相关,以镍基高温合金为代表的航空材料长期工作在高温和腐蚀的环境中,而仅靠自身性能已无法满足使用要求,因而亟需改... 详细信息

作为“十三五”提出的“两机”重大专项之一的航空发动机发展技术已深入到零部件性能提升上了,而零部件性能和材料密切相关,以镍基高温合金为代表的航空材料长期工作在高温和腐蚀的环境中,而仅靠自身性能已无法满足使用要求,因而亟需改善其高温性能。在材料表面制备高温防护涂层是解决这一问题的有效途径,其中扩散渗铝是用的较多的提高合金抗高温氧化性的方法,而铬改性的铝化物涂层既可以提高合金的抗高温氧化性又能提高抗高温热腐蚀性,具有很高的使用价值。中性盐浴流动性好、残盐少,但该法在高温合金上使用极少,因此本文创新性的采用中性盐浴法在镍基高温合金GH625表面进行了扩散渗铝层和铝铬共渗层的制备,并运用正交法优化了渗剂配方和工艺。还研究了稀土LaO改性的上述两种渗层,对每种渗层进行各项性能测试与分析。(1)综合采用正交法和单因素法对中性盐浴渗铝、铝铬共渗配方及工艺进行优化,以渗层厚度和表面残盐清洗时间为评定指标得出最优的渗铝配方(以下百分数均为质量百分比)和工艺参数为:6%Al、8%NaF、26%NaCl、60%BaCl,渗铝温度950℃,保温时间为4h;得出铝铬共渗的最佳配方和工艺为9.5%Al、8%NaF、22%NaCl、50.5%BaCl,10%CrO,共渗温度950℃,保温时间为4h。(2)研究表明两种渗层表面都是由均匀致密的Al-Ni化合物组成,XRD检测结果主要是β-NiAl相,其中铝铬共渗层表面有固溶的Cr相。截面形貌分析得到渗铝层的厚度为50μm,铝铬共渗层的厚度为46μm,在其富Al层下方存在Cr的扩散层。渗铝层和铝铬共渗层的表面平均硬度分别为495.6HV、577.32HV,较基体的299.72HV分别提高了0.65和0.93倍;渗铝层和铝铬共渗层的界面结合力分别为53N、63N。(3)基体、渗铝层和铝铬共渗层经1000℃氧化100h的结果表明:基体、渗铝层及铝铬共渗层的氧化增重分别为0.94375 mg/cm、0.55625 mg/cm、0.4125mg/cm,说明渗层具有优异的抗高温氧化性。这是因为基体在氧化过程中生成的CrO保护膜不稳定且易使氧化膜产生内应力,氧化后期产生的NiCrO易导致氧化膜剥落失效;而渗铝层和铝铬共渗层在氧化初期能快速形成θ-AlO,使得氧化增重较快,然后亚稳态的θ-AlO向稳态α-AlO继续转变,渗层的抗高温氧化性得到极大提高。铝铬共渗层中的Cr能促进θ-AlO向α-AlO的转变并在扩散区形成富Cr层阻止Al的内扩散,因此其抗高温氧化性能比渗铝层好。(4)对基体和两种渗层在1000℃温度下75wt%NaSO+25wt%NaCl混合盐中进行了100h的热腐蚀实验。结果表明:基体、渗铝层及铝铬共渗层的腐蚀增重分别为30.009 mg/cm、12.012 mg/cm、6.685 mg/cm;在腐蚀初期基体表面氧化膜就剥落了,随后生成NiO和尖晶石态NiCrO,并出现内硫化,热腐蚀现象加剧。而渗铝层和铝铬共渗层在热腐蚀过程中表面能持续形成AlO保护膜,减缓热腐蚀速度,两种渗层都体现出了良好的抗热腐蚀性能。但是在热腐蚀后期渗铝层出现了剥落现象,富Al的β-NiAl相消耗很大,且有转化成了部分γ相,因此渗层的抗高温热腐蚀能力下降;而铝铬共渗层中的Cr能抑制AlO的碱性溶解,表面氧化膜仅出现了局部的开裂,表现出优异的抗高温热腐蚀性。(5)采用单因素法确定渗剂中LaO的最佳添加量为1wt%。添加LaO后的渗铝层和铝铬共渗层厚度分别可达到93.59和51.61μm,表面主要相都是β-NiAl,且更致密均匀,表面还能检测到La元素。(6)对添加LaO后的渗铝层和铝铬共渗层进行了1000℃氧化100h的实验。结果表明:两种渗层的氧化增重较未添加LaO时有明显减缓,表层氧化物仍然是以α-AlO为主,但θ-AlO向α-AlO的转变速度变快,尤其是铝铬共渗层,说明LaO有促进相变,降低氧化速度的作用。与未添加LaO相比,两种渗层的抗高温氧化性都有了大的提高,铝铬共渗层依然表现出最好的抗高温氧化性。(7)对添加LaO后两种渗层在1000℃温度下75wt%NaSO+25wt%NaCl混合盐中进行了100h的热腐蚀实验。结果表明:两种渗层的热腐蚀增重进一步变慢,说明抗高温热腐蚀性能较未添加LaO都提高了,这是因为LaO能提高氧化膜的黏附性及细化涂层晶粒。在腐蚀100h后,渗铝层表面仅出现了轻微的剥落现象,而铝铬共渗层氧化膜仍然保持连续状态。总的来说,本文创造性且成功地采用中性盐浴渗在GH625合金表面制备了高界面结合力、高硬度、高温性能优异的铝铬渗层,为高温合金表面改性提供了理论基础。

关键词：镍基高温合金中性盐浴渗渗层高温氧化高温热腐蚀稀土改性

扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层不同条件下热腐蚀行为的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第3期47卷 730-740页

作者：许安杨阳李伟洲秦泽华岑广刘会群易丹青广西大学材料科学与工程学院广西南宁530004 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

利用电弧离子镀技术在DSM11合金基体上制备含或不含扩散阻挡层(diffusion barrier,DB)的Ni Cr Al YSi涂层,对比研究2种涂层在900℃恒温热腐蚀行为和从900℃到室温的循环热腐蚀行为(表面混合盐质量分数为75%Na2SO4+25%K2SO4)。研究结果表... 详细信息

利用电弧离子镀技术在DSM11合金基体上制备含或不含扩散阻挡层(diffusion barrier,DB)的Ni Cr Al YSi涂层,对比研究2种涂层在900℃恒温热腐蚀行为和从900℃到室温的循环热腐蚀行为(表面混合盐质量分数为75%Na2SO4+25%K2SO4)。研究结果表明:在恒温热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成了α-Al2O3和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层出现了较多的Kirkendall孔洞,基体与涂层元素的互扩散明显。Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层可有效地抑止基体与涂层的元素互扩散,防护效果比单一Ni Cr Al YSi涂层的效果好。在循环热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成α-Al2O3、尖晶石、Ti O2和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层内氧化和内硫化现象严重,Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层界面易开裂,影响扩散阻挡层的效力,导致涂层体系比单一Ni Cr Al YSi涂层更快失效。

关键词： NiCrAlYSi涂层电弧离子镀扩散阻挡层高温热腐蚀应力

热腐蚀环境下12Cr2NiWVA钢汽缸的失效分析

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金属热处理 2010年第3期35卷 101-104页

作者：黄志涛田文怀苏永安北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

对在热腐蚀环境中工作的12Cr2NiWVA钢汽缸发生的早期腐蚀失效进行了分析。利用电子显微镜分析环境介质对汽缸的影响及发生腐蚀的原因。结果表明,由于12Cr2NiWVA钢发生高温热腐蚀而生成铬的化合物,同时由于12Cr2NiWVA钢渗氮后的化合物层... 详细信息

对在热腐蚀环境中工作的12Cr2NiWVA钢汽缸发生的早期腐蚀失效进行了分析。利用电子显微镜分析环境介质对汽缸的影响及发生腐蚀的原因。结果表明,由于12Cr2NiWVA钢发生高温热腐蚀而生成铬的化合物,同时由于12Cr2NiWVA钢渗氮后的化合物层受到破坏和加工导致氮扩散层厚度的减少降低了工件耐磨性和耐蚀性;另外汽缸基体组织不均匀也导致基体性能存在差异,从而使汽缸在较高燃气压力冲击作用下加速了腐蚀。

关键词： 12Cr2NiWVA钢汽缸渗氮层高温热腐蚀

AlSi扩散涂层的制备及其在模拟燃煤环境中的热腐蚀行为

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材料保护 2020年第2期53卷 74-78,104页

作者：周岩胡芳溢司瑞雪张轲曹中秋鲁捷辛士刚张洪波沈阳师范大学化学化工学院辽宁沈阳H0034

随着燃煤电站运行温度提高,会对电站耐热部件金属材料T91产生严重的高温热腐蚀,降低其设计使用寿命,因此,亟待开发耐热钢T91耐热腐蚀涂层。采用电弧离子镀技术在耐热钢T91表面制备一层Al5%Si镀层,然后在550℃真空热处理40 h形成AlSi扩... 详细信息

随着燃煤电站运行温度提高,会对电站耐热部件金属材料T91产生严重的高温热腐蚀,降低其设计使用寿命,因此,亟待开发耐热钢T91耐热腐蚀涂层。采用电弧离子镀技术在耐热钢T91表面制备一层Al5%Si镀层,然后在550℃真空热处理40 h形成AlSi扩散涂层;研究了该AlSi扩散涂层在650℃和750℃空气中典型燃煤环境中75%Na2SO4+25%NaCl盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:耐热钢T91发生了快速热腐蚀,表面腐蚀产物主要是Fe和Cr的混合氧化物,易于剥落而不具有高温防护性能;而当T91表面施加Al5Si扩散涂层后,热腐蚀速度明显降低,表面腐蚀产物主要富含Al2O3,其抗热腐蚀性能较优,具有较好的高温防护性能。

关键词：燃煤电厂耐热钢T91 AlSi扩散涂层高温热腐蚀

Si对等摩尔比AlCoCrFeNi高熵合金组织及性能的影响

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Si对等摩尔比AlCoCrFeNi高熵合金组织及性能的影响

作者：李远田中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,高熵合金发展迅速,其新颖的多主元成分设计特点,简单的固溶体相结构,加之独特的四大效应,使其呈现出传统合金材料无法比拟的优异的综合性能。在众多高熵合金体系中,Al Co Cr Fe Ni系高熵合金具有优异的高低温性能,被认为是一种... 详细信息

近年来,高熵合金发展迅速,其新颖的多主元成分设计特点,简单的固溶体相结构,加之独特的四大效应,使其呈现出传统合金材料无法比拟的优异的综合性能。在众多高熵合金体系中,Al Co Cr Fe Ni系高熵合金具有优异的高低温性能,被认为是一种具有代表性的合金体系。因此,本文采用真空电弧熔炼制备了5种不同Si含量的Al Co Cr Fe Ni Si(x=0,0.2,0.5,0.8,1.0)高熵合金,借助XRD、SEM、EDS、TEM等分析测试手段,研究了Si的添加及其含量对等摩尔比Al Co Cr Fe Ni高熵合金组织结构、室温力学性能以及高温抗氧化、热腐蚀性能的影响,并得出以下结论:(1)Al Co Cr Fe Ni Si高熵合金中,添加Si后,合金组织主要由BCC相和富Si析出物(CrSi)组成,且CrSi的尺寸和数量随着Si含量的增加而增大。金属间硅化物的产生以及Si添加引起固溶体晶格畸变效应使得合金的强度、硬度增加,而塑性降低。合金在3.5wt.%Na Cl中性腐蚀盐溶液中的动极化测试结果表明,添加Si元素会导致CrSi等金属间硅化物相在晶界处富集,影响Cr在合金中的分布,恶化合金的耐蚀性能。室温干滑动磨损条件下,随Si含量的增加,合金的耐磨性显著的增大。(2)Al Co Cr Fe Ni Si高熵合金在1100℃下的氧化实验结果表明:添加0.2 at.%的Si,通过降低溶质原子形成保护性AlO膜的临界浓度,促进了致密的单一AlO膜的形成,提高了合金的抗高温氧化能力。而过量的Si添加会导致表面形成易剥落的复合氧化膜,该氧化膜主要由AlO外层和混合氧化物内层组成。此外,过量Si添加导致AlO膜生长应力较大,引起氧化物膜开裂、起皱。当表层氧化膜被破坏,O不断向内层扩散,大量混合氧化物形成于内氧化层,导致合金抗高温氧化性能降低。(3)Al Co Cr Fe Ni Si高熵合金在950℃的75%NaSO+25%Na Cl热腐蚀实验结果表明:经100 h热腐蚀后,由于发生了Al的选择性氧化,合金表层相组成由BCC转变为FCC相。添加0.2 at.%的Si,会促使合金表面快速地生成单一的AlO膜,提高合金的热腐蚀抗力。但随着Si含量的增加,合金表面生成了由AlO和富Cr-Fe-Co-Si的尖晶石氧化物组成的混合氧化产物,且在氧化膜内应力和腐蚀性介质(氧化-硫化-氯化)的协同作用下,腐蚀产物组织疏松易脱落,合金发生严重的内氧化和内硫化。

关键词： AlCoCrFeNi高熵合金组织结构 Si合金化高温氧化高温热腐蚀