P92鋼表面Ni2Al3-Ni復合防護涂層的制備及其熱穩(wěn)定性機理研究.pdf

1、Ni2Al3/Ni雙層復合涂層是應用于超超臨界蒸汽輪機鐵素體鋼部件表面,使其在650℃或更高工作溫度下抗蒸汽氧化的防護性涂層。高溫下合金元素在涂層各層以及涂層與基體之間的相互擴散會導致涂層過早地失去防護作用。利用Al元素在Ni-Al燦和Fe-Al合金系統(tǒng)中的活度差制約和Fe元素在NiAl相中的極限溶解度制約來抑制合金元素在涂層各層中的相互擴散,制備結構合理的Ni2Al3/Ni雙層復合涂層有望緩解這一問題。
　　 本課題采用電鍍鎳

2、與低溫粉末包埋滲鋁工藝,在P92鋼表面制備Ni2Al3/Ni復合涂層。研究了在650℃/4h:滲鋁條件下,滲鋁劑中Al粉含量對Ni2Al3層的生長動力學的影響。根據對Ni-Al、Fe-Al和Ni-Fe-Al合金系統(tǒng)的熱力學分析,制備了兩種結構不同Ni2Al3/Ni復合涂層(＃1和＃2),并將涂層置于650℃和氬氣氣氛下進行長時間等溫退火處理。采用X-射線衍射分析涂層在不同時間退火處理后的物相,采用掃描電鏡分析涂層截面形貌,采用X-射線能

3、譜儀分析了涂層中Ni、Al、Fe元素沿涂層厚度方向的濃度分布,以期建立對能使涂層維持長期有效防護功能機理的認識,并在此基礎上提出涂層的優(yōu)化結構。具體的研究結論如下:
　　 (1)當滲鋁粉劑中鋁粉的質量百分含量(W)超過約2.5wt.％時,鋁元素才開始在鍍鎳P92鋼表面沉積,W復合涂層外層厚度h的關系式為:h=31.7W1/2-49.6。
　　 (2)制備兩種復合涂層＃1和＃2樣品,樣品初始Ni層厚度為26μm和11μm,

4、采用滲鋁粉劑配比4Al-2AlCl3-94Al2O3(wt.%),滲鋁條件為650℃/2h和650℃/3h。＃1樣品外層厚度約26μm,中間Ni層約為4μm,＃2樣品外層厚度約為22μm,中間層為Fe-Ni層,厚度約為2μm。
　　 (3)＃1試樣表面涂層外層Ni2Al3在594h退火時間段時,已完全轉變?yōu)镹iAl相,NiAl相在后續(xù)的等溫退火過程中均保持結構穩(wěn)定,隨著退火時間的延長,新外層NiAl相中Al元素沒有大幅度向基體擴

5、散,且涂層厚度基本保持一致,基體中Fe元素由于溶解度的限制在新外層中也始終維持在一個較低的濃度,但新外層中孔洞缺陷較為明顯。
　　 (4)＃2試樣表面涂層類似于＃1涂層,在594h退火時間段時,也完成了相應轉變,并且結構也較為穩(wěn)定。由于該涂層幾乎無中間Ni層的阻隔,導致基體中Fe元素在退火初期大幅度向外層擴散,當NiAl相轉變完成后,Fe元素在新NiAl層中的濃度也逐漸降低,但Al元素的擴散深度卻隨退火時間延長而增大,導致涂層厚