铂及钇改性铝化物扩散涂层性能研究

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高温防护涂层在燃气轮机叶片等高温防护领域有着重要应用,由于燃气轮机叶片需要使用在高温氧化以及腐蚀等极端条件下,因此需要防护涂层具备优良的抗高温氧化和热腐蚀能力。铝化物涂层抗高温氧化性能良好,但是抗热腐蚀性能较铬化物涂层差。一般来说提高铝化物涂层的抗高温氧化和抗热腐蚀能力主要从两个方面入手,一是提高氧化膜与基体之间的结合力,二是降低涂层中Al元素的内扩散。具体的手段包括(1)添加Cr、Si、Pt或稀土元素来对铝化物涂层进行改性,以提高氧化膜与基体之间的结合力;(2)通过在涂层与基体之间加扩散障来抑制Al元素的内扩散。  本文利用电镀、复合化学镀以及气相渗铝的方法制备了两种铝化物扩散涂层,一种是稀土Y元素改性铝化物扩散涂层,另外一种是Pt元素改性铝化物扩散涂层。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等分析手段,研究了这两种铝化物扩散涂层的抗高温氧化和热腐蚀行为。本论文主要工作内容包括:  (1)钇改性铝化物扩散涂层的制备与高温氧化行为研究  采用复合化学镀的工艺,在样品渗Al之前先化学镀Ni-P将氧化钇包裹在基体表面,然后再真空气相渗Al。  通过对钇改性NiAl涂层进行1100℃循环氧化以及恒温氧化行为研究发现,Y元素的主要作用是改变了高温下氧化膜-表面以及氧化膜-涂层之间的界面形貌,Y的存在使得氧化膜向涂层内部生长,产生了许多插入涂层内部的突起,起到了钉扎的作用,提高了涂层与氧化膜的结合力。  (2)铂改性铝化物扩散涂层的制备与高温氧化以及热腐蚀性能研究  摸索出一种酸性镀铂工艺,可以在高温合金表面快速地沉积厚达5μm的Pt层,并且研究了Pt层与基体之间预扩散、Pt层外镀Ni、镀Pt层厚度以及渗Al后热处理对铂铝涂层组织形貌的影响。  通过对比铂铝涂层以及普通铝化物扩散涂层的抗高温氧化以及抗热腐蚀性能发现,铂铝涂层(1)能够提供比正常β-NiAl涂层更多的Al元素,因此可以提高“自愈合”能力;(2)利用钉扎效应提高α-Al2O3膜的结合力;(3)电镀Pt层的疏松会影响到铂铝涂层的抗热腐蚀能力,外界的氧和硫会沿着疏松造成的扩散通道快速扩散,从而造成氧化膜的增厚以及涂层内腐蚀。
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