磁控溅射β-NiAl微晶涂层的制备与其在1100℃下抗高温氧化行为的研究

摘要

本工作利用了一种多靶磁控溅射的方法制备出了β-NiAl微晶涂层，研究了涂层在一种镍基单晶高温合金基体上1100℃下的抗高温氧化行为，并将其与传统的电弧离子镀NiCrAlY涂层做对比。重点研究了两种涂层在1100℃下恒温氧化与循环氧化的退化、失效行为并分析、讨论了其机理。此外，还对Ni-Cr-O活性扩散障进行了初步研究。
　　通过用两块Ni3Al和纯铝板作为磁控溅射的靶材溅射与后续退火成功地在单晶高温合金基体表面制备出?-NiAl微晶涂层，涂层晶粒大小为300nm～1?m。退火过程也消除了溅射态涂层中一些较大的缺陷，使涂层更加均匀、致密。
　　在1100℃下恒温氧化和循环氧化的测试与分析发现：?-NiAl微晶涂层表现出优异的抗恒温氧化和循环氧化能力，在其表面只生成单一的?-Al2O3氧化膜且氧化膜连续、生长缓慢、粘附性好。而NiCrAlY涂层表面生成的?-Al2O3氧化膜生长速度较快并且在循环氧化过程中氧化膜发生了严重的剥落，200h循环氧化后，NiCrAlY涂层表面氧化膜是由外层尖晶石内层氧化铝组成，且氧化膜中有富Y和富Ta氧化物夹杂在其中。单晶基体表面生成的是混合氧化物，循环氧化后基体中发生内氮化。
　　微晶化使得?-NiAl微晶涂层生成的氧化膜具有较好的粘附性而NiCrAlY涂层氧化膜中的富Y和富Ta氧化物加速了氧化膜的生长与增厚，使其更易在冷热循环中剥落。氧化膜的剥落与涂层和基体间的互扩散不断消耗NiCrAlY涂层中的Al和Cr元素并最终使其不足以形成单一的Al2O3氧化膜，即NiCrAlY涂层会不断退化与失效。
　　对于Ni-Cr-O活性扩散障，退火过程涂层与基体中Al元素向扩散障扩散及反应建立起?-Al2O3/NiCr固溶体/?-Al2O3“三明治”结构，此有效扩散障的建立有效阻碍了退火与氧化过程中涂层与基体元素间的互扩散，完全消除了TCP相、IDZ和SRZ的形成，大大提高了涂层与基体间的相容性。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 高温防护涂层

1.3 涂层的制备方法

1.4 高温防护涂层的退化

1.5 扩散障

1.6 论文的研究内容与意义

第2章 实验材料及实验方法

2.1 基体材料

2.2 涂层的制备

2.3 高温氧化实验

2.4 样品分析测试方法

2.5 本章小结

第3章 退火前后涂层组织结构的变化

3.1 引言

3.2 磁控溅射β-NiAl微晶涂层制备时涂层组织结构的变化

3.3 电弧离子镀NiCrAlY涂层退火后涂层的组织结构

3.3 本章小结

第4章 涂层在1100℃恒温氧化行为的研究

4.1 引言

4.2 恒温氧化（TGA）结果与分析

4.3 讨论

4.4 本章小结

第5章 涂层在1100℃循环氧化行为的研究

5.1 引言

5.2 循环氧化结果与分析

5.3 讨论

5.4 本章小结

第6章 Ni-Cr-O活性扩散障的初步研究

6.1 引言

6.2 Ni-Cr-O活性扩散障的形成

6.3 扩散障涂层在1200℃恒温氧化(TGA)行为的研究

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢