镍基高温合金Al--Si涂层的制备及抗高温腐蚀性能研究

摘要

镍基高温合金K438既具有良好的耐高温氧化和热腐蚀性能，又具有较高的高温蠕变强度和断裂强度，从而在涡轮发动机叶片等领域得到极为广泛的应用。但是航空发动机叶片等常因表面的高温腐蚀而失效。镍基高温合金K438不能满足其使用性能要求。解决办法就是在其表面施加防护涂层，通过基体来承担力学性能，施加的涂层提高了抗高温腐蚀性能，保护基体金属不受高温腐蚀的侵害。目前使用的大多数防护涂层是渗铝涂层，虽然渗铝涂层具有优异的抗高温氧化性能，但是它的抗热腐蚀性能较差，在一些腐蚀性环境中，涂层退化较快。而在简单铝化物涂层中添加硅，制备硅改性铝化物涂层可以明显提高涂层的抗热腐蚀性能。
　　本论文采用料浆法渗Si和粉末包埋法渗Al的联合工艺制备了Al-Si涂层，并利用粉末包埋法制备了单一的渗Al涂层。利用XRD、SEM、EDS等分析检测手段，分析了两种涂层的组织结构和成分，对比两种涂层在组织结构和成分的异同点。渗Al涂层和Al-Si涂层都与基体结合良好、成分分布均匀、组织致密。研究了K438基体、渗Al涂层以及Al-Si涂层在900℃下饱和Na2SO4盐和Na2SO4/NaCl(75∶25，W/W)两种混合盐中的热腐蚀行为。通过分析它们的腐蚀产物的组织结构，得出在900℃下饱和Na2SO4盐和Na2SO4/NaCl(75∶25，W/W)两种混合盐中的Al-Si涂层具有最优异的抗热腐蚀性能，其次是渗Al涂层，抗热腐蚀性能最差的是基体。
　　Si改性铝化物涂层能明显提高K438基体的抗热腐蚀性能，解决了K438基体在腐蚀性较大的场合的应用难题，也为其它高温合金Al-Si涂层的制备及其性能研究起到了借鉴作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 高温合金防护涂层的发展

1．2．1 简单铝化物涂层

1．2．2 改性铝化物涂层

1．2．3 MCrAlY包覆涂层

1．2．4 热障涂层

1．3 高温防护涂层的制备方法

1．3．1 扩散涂层的制备方法

1．3．2 包覆涂层的制备方法

1．4 渗Al原理

1．5 铝化物涂层的退化

1．6 铝化物涂层的高温氧化和热腐蚀

1．6．1 高温氧化

1．6．2 热腐蚀

1．7 本论文研究的目的和内容

第2章 涂层的制备及研究方法

2．1 实验材料

2．2 涂层制备方法

2．2．1 料浆法制备Al-Si涂层

2．2．2 粉末包埋渗铝

2．3 热腐蚀试验

2．4 组织结构表征

2．4．1 物相分析

2．4．2 形貌分析

2．4．3 截面分析

第3章 渗Al涂层和Al-Si涂层的组织结构

3．1 引言

3．2 实验方法

3．3 渗Al涂层和Al-Si涂层的形貌

3．4 渗Al涂层和Al-Si涂层的相结构

3．5 本章小结

第4章 基体及两种涂层在硫酸钠盐中热腐蚀行为研究

4．1 引言

4．2 实验方法

4．3 900℃下Na2SO4盐中的热腐蚀行为

4．3．1 腐蚀动力学曲线

4．3．2 腐蚀5h产物的组织结构表征

4．3．3 腐蚀100h产物的组织结构表征

4．3．4 腐蚀200h产物的组织结构表征

4．4 热腐蚀机制

4．5 涂层退化机理

4．6 Si元素对抗热腐蚀性能的影响

4．7 本章小结

第5章 基体及两种涂层在Na2SO4和NaCl混合盐中的热腐蚀行为研究

5．1 引言

5．2 实验方法

5．3 基体及两种涂层在Na2SO4和NaCl混合盐中的腐蚀

5．3．1 腐蚀动力学曲线

5．3．2 腐蚀40h产物的组织结构表征

5．3．3 腐蚀100h产物的组织结构表征

5．4 热腐蚀原理

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢