激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层微结构特征与抗氧化性能的研究

摘要

随着科技的发展，航空燃气涡轮机叶片中心区的服务温度已达1150℃以上，军用飞机中燃气涡轮机服役温度甚至超过1600℃。仅靠高温合金材料自身的性能已无法承受如此高的温度，采用MCrAlY粘结层和YSZ陶瓷顶层结构的设计成为目前世界范围内广泛使用的方法。其中MCrAlY（M=Co或/和Ni）既可单独使用作为合金表面的耐热涂层，同时又可作为热障涂层的粘结层。激光熔覆技术制备的MCrAlY涂层被证明有着比等离子喷涂、电子束物理气相沉积技术等制备的涂层组织更为致密，结合强度更高等优点，但是，目前还没有开发专门用于激光熔覆的粉末材料，目前文献报道中几乎都是直接购买热喷涂粉末作为激光熔覆的材料。有鉴于此，本文在开展激光熔覆制备CoNiCrAlY涂层之前对CoNiCrAlY粉末进行了球磨工艺处理，利用CO2激光器和半导体激光器在K438高温合金和A3不锈钢上进行激光熔覆。研究了球磨时间和工艺参数对CoNiCrAlY粒径、显微结构以及抗高温氧化性能的影响，同时对比研究了利用两种激光器在两种基材上熔覆球磨CoNiCrAlY涂层显微结构的差异。得到的结果如下：
　　（1）在球磨30h区间内，CoNiCrAlY粉末粒径在0~15h、20~25h快速减小，并在15h和25h处达到最小值约7um。15~20h、25~30h粒径增大，但尺寸未超过CoNiCrAlY粉末的原始粒径。
　　（2）球磨的 CoNiCrAlY粉末主要有γ相（Co-Ni-Cr形成的固溶体）和γ′-Ni3Al相组成，球磨后γ/γ′相峰值降低。球磨至5h、10h和25h处有NiAl相和Al2O3形成，NiAl相和Al2O3对CoNiCrAlY粉末粒径的减小起阻碍作用。
　　（3）激光熔覆制备球磨CoNiCrAlY涂层中，适当增加激光功率能够使未球磨粉末制备涂层的厚度明显增加，而对球磨后的粉末制备涂层厚度增加不大，未球磨粉末制备涂层的厚度约为球磨后涂层厚度2~3倍。增加激光功率不能使涂层的宽度增加，涂层宽度主要由激光的光斑大小决定。
　　（4）基材的高温性能影响涂层的宏观质量。相同工艺参数下在高温合金K438上制备球磨CoNiCrAlY涂层的厚度要比A3钢上厚。激光器的类型也会对涂层厚度产生影响，在不发生烧损的前提下，波长短，能量高的激光器有利于涂层的成型。
　　（5）制备球磨CoNiCrAlY涂层时，不同球磨时间、不同制备的工艺参数对球磨CoNiCrAlY涂层的物相种类没有影响，均由α-Co、γ-(Ni,Cr)、γ′-Ni3Al、Cr2Ni3组成。在相同的工艺参数下，随着CoNiCrAlY粉末粒径的减小，γ′-Ni3Al的含量升高，Cr2Ni3含量降低。
　　（6）在1100℃高温氧化下，激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层的氧化动力学曲线符合抛物线规律，球磨10h涂层高温氧化增重相对最低，其余五组球磨时间的抗氧化性能依次为：30h＞25h＞20h＞15h＞5h，说明球磨时间与CoNiCrAlY涂层的抗氧化性能呈正相关关系。
　　（7）在球磨5h、10h、15h、20h、25h和30h六组不同球磨时间的CoNiCrAlY涂层中，在1100℃高温氧化后，只有10h的涂层表面氧化层有脱落现象，其他涂层无脱落，且表面平滑，具有金属光泽。
　　（8）不同球磨时间的CoNiCrAlY涂层氧化后的氧化产物均由CoO、Al2O3、Cr2O3、γ-(Ni,Cr)、NiCr2O4、Ni3Al以及NiO组成，并且随着球磨时间的增加，Al2O3和Cr2O3含量逐步减少。

目录

绪论

1.1引言

1.2 高温合金概述

1.3高温防护涂层发展

1.4MCrAlY涂层制备技术概述

1.5本文研究的目的和内容

1.6本章小结

第二章 CoNiCrAlY合金粉末的制备

2.1 引言

2.2 实验材料、设备与方法

2.3球磨时间对CoNiCrAlY粉末粒径的影响

2.3 CoNiCrAlY粉末的XRD实验

2.4 CoNiCrAlY粉末的SEM实验

2.5 本章小结

第三章 激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层工艺的研究

3.1 引言

3.2 实验材料、设备与方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层显微结构的研究

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.3 实验结果与分析

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

第五章激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层抗氧化性能的研究

5.1 引言

5.2 实验材料、设备与方法

5.3 实验结果

5.4分析与讨论

5.4本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

声明