论文部分内容阅读
高温防护涂层在燃气轮机叶片的表面防护中扮演着重要的角色。MCrAlY包覆涂层作为常用的防护涂层,在高温氧化和热腐蚀下元素互扩散加剧,会缩短涂层的服役寿命。为解决元素互扩散问题,在涂层和基体间添加扩散阻挡层(Diffusion barrier, DB)是一个有效的方法。而含扩散阻挡层的MCrAlY涂层在热腐蚀环境中的行为很少被研究。铌合金被认为是最有希望广泛应用的高温结构材料,但差的抗氧化性极大制约其应用,在表面涂覆防护涂层是很好的解决手段。本论文采用直流反应磁控溅射技术沉积了NbCrAl涂层、NbCrAl/CrON复合涂层及Al/NbCrAl复合涂层,利用电弧离子镀技术一步法制备了NiCrAlYSi和NiCrAlYSi/DB复合涂层。研究涂层的组织结构和微观形貌,分析高温下涂层与基体元素互扩散、涂层高温氧化及热腐蚀行为,并探讨扩散阻挡层的作用机理。研究结果表明：1.经900℃和1000℃的真空热处理后,NbCrAl/CrON复合涂层中的扩散阻挡层保持连续致密,阻挡层与涂层及基体的界面结合良好。CrON扩散阻挡层经高温处理后转变以密排六方结构A2O3为主的中间层,有效抑制了元素互扩散。2.经1000℃氧化10h后,Al/NbCrAl复合涂层质量变化较小,表面生成了以Al2O3为主的较为连续致密的表面氧化膜,涂层体系间的界面结合良好,具有较强的抗氧化能力和高温防护效果。A1含量较低的NbCrAl涂层表面以Cr203和CrNbO4为主,Al元素在氧化过程中较快被消耗完；A1含量较高的NbCrAl涂层表面生成A1203和较多的尖晶石,涂层主体呈多孔结构。合金化Al含量的提高能改善NbCrAl涂层的抗氧化性能,但会增大涂层与基体间的热膨胀系数差,应力过大时易使涂层与界面出现裂缝和表面氧化膜的脱落。因此,NbCrAl涂层的高温防护能力一般。3. NiCrAlYSi涂层和NiCrAlYSi/DB复合涂层在900℃高温热腐蚀过程中表面主要生成了连续致密的α-Al2O3膜,提高了DSM11基体的抗热腐蚀性能。4.恒温热腐蚀时,NiCrAlYSi/DB涂层的扩散阻挡层有效抑制基体与涂层元素互扩散,防护效果优于单一NiCrAlYSi涂层；循环热腐蚀时,NiCrAlYSi/DB涂层的扩散阻挡层界面容易开裂,影响扩散阻挡层的效力,导致涂层体系比单一NiCrAlYSi涂层更快发生失效。