納米CeO2改性NiAl熔覆涂層的制備及其高溫防護(hù)特性研究.pdf

1、隨著“大推重比”這一先進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)的日益明顯，渦輪葉片的工作溫度在持續(xù)升高，這必然對(duì)葉片上擔(dān)負(fù)高溫防護(hù)功能的熱障涂層金屬粘結(jié)層的服役性能提出了更高要求；然而，當(dāng)前常用的包覆型MCrAlY涂層所形成的以氧化鉻為唯一組分或主要組分的保護(hù)性氧化膜在高溫氧化和熱腐蝕環(huán)境中極易揮發(fā)，其高溫防護(hù)性能難以滿足越來(lái)越高的服役溫度要求。可見(jiàn)，研制新型高溫防護(hù)性能更優(yōu)異的熱障涂層金屬粘結(jié)層已成為當(dāng)務(wù)之急。鑒于傳統(tǒng)鋁化物涂層憑借NiAl金屬間化合

2、物優(yōu)異的熱穩(wěn)定性一直在高溫防護(hù)領(lǐng)域中扮演著重要角色，本文基于國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，提出采用激光熔覆技術(shù)在鎳基高溫合金表面直接制備以β-NiAl相為主要成分的NiAl涂層，并在其中引入不同含量的納米CeO2，從而進(jìn)一步改善其高溫防護(hù)性能，文中較為系統(tǒng)地分析了不同含量納米CeO2改性NiAl涂層與原始NiAl涂層（未添加納米CeO2的NiAl涂層）的微觀組織與顯微硬度，并從組織晶粒細(xì)化、親氧元素?cái)U(kuò)散、β-NiAl相轉(zhuǎn)變以及氧化膜生成機(jī)制等角

3、度研究了高溫環(huán)境下納米稀土的納米/活性元素效應(yīng)對(duì)激光熔覆NiAl涂層高溫防護(hù)性能的影響。
　　本文的重點(diǎn)研究方向及初步成果包括以下5個(gè)方面：
　　（1）以稀釋率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合熔覆層表面平整性和橫截面幾何尺寸，對(duì)GH4033表面激光熔覆NiAl涂層的工藝參數(shù)進(jìn)行探索，分析了激光功率、掃描速度、壓片厚度等單一性工藝參數(shù)對(duì)熔覆層成形質(zhì)量的影響，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化獲得了本文實(shí)驗(yàn)條件下以大光斑直徑制備NiAl熔覆涂層的最優(yōu)工藝參數(shù)，

4、即激光功率950W、掃描速度300mm/min、壓片厚度0.5mm。
　　（2）通過(guò)分析不同含量納米CeO2（1.5wt.％、3 wt.%、4.5 wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層的微觀組織（包括結(jié)晶形態(tài)、晶粒尺寸、物相組成、顯微硬度等），初步探討了不同含量納米CeO2對(duì)NiAl涂層組織演變的影響及其規(guī)律。研究表明：納米CeO2改性NiAl涂層與原始NiAl涂層相比，其幾何形狀由典型的雙弧狀變?yōu)楸馄綘?，涂層中的氣孔、?/p>

5、析等缺陷消失，晶粒被細(xì)化，涂層的顯微硬度也更加均勻，涂層中主要物相成分為β-NiAl相，其中以添加3wt.%納米CeO2對(duì)涂層組織的改性效果最為明顯。
　?。?）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層在1200℃高溫環(huán)境下的氧化行為。研究結(jié)果表明：相比于原始NiAl涂層，納米CeO2明顯改善了NiAl涂層的抗氧化性能，其親氧元素的擴(kuò)散速度亦遠(yuǎn)小于原始NiAl涂層。

6、等溫氧化100h后，氧化膜與涂層的界面處未見(jiàn)明顯疏松，而且此時(shí)氧化膜基本上由Al2O3構(gòu)成。從氧化動(dòng)力學(xué)曲線可以看出，加入3wt.%納米CeO2的NiAl涂層的氧化增重最為平緩，即加入3wt.%納米CeO2的NiAl涂層的抗氧化性能最好，這與其對(duì)涂層組織的影響是一致的。
　　（4）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層在1150℃高溫環(huán)境下的熱腐蝕行為。研究結(jié)果表

7、明：原始NiAl涂層經(jīng)過(guò)80h熱腐蝕后，涂層表面出現(xiàn)了一定程度的疏松現(xiàn)象，涂層表面氧化膜已經(jīng)基本脫落，涂層內(nèi)腐蝕嚴(yán)重；而添加CeO2后，涂層表面形成了以α-Al2O3-Cr2O3為主的固溶氧化物體系，涂層內(nèi)腐蝕的深度減小，其表面無(wú)明顯的脫落和隆起。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示3wt.%納米CeO2改性后的NiAl涂層具備較好的抗熱鹽腐蝕性能。
　　（5）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及