论文部分内容阅读
金属粘结层抗氧化腐蚀性能的提升,是热障涂层研究领域中始终的热点主题和不懈的追求目标。随着金属粘结层工作温度的持续升高和服役环境的日趋复杂,必然导致对其抗氧化腐蚀性能的要求也越来越高。本文在综述国内外相关研究现状的基础上,基于课题组前期研究所提出的激光熔注氧化铈颗粒改性技术,以GH4169高温合金为基体采用包埋法制备了铝硅涂层,较为系统地开展了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层的数值分析和实验研究,旨在为研制满足在极端条件下服役的新型金属粘结层提供参考。本文研究的主要工作与取得的研究结果如下:（1）开展了GH4169合金表面铝硅涂层渗制工艺及其组织性能的研究。采用正交试验进行了渗制工艺参数优化,获得了本文实验条件下GH4169合金表面铝硅涂层渗制最优工艺参数,考察了铝硅涂层的微观组织及硬度,并简要地分析了包埋扩散渗制铝硅涂层的机理。结果表明:本文实验条件下,最佳渗剂参数为20wt.%Al粉、10wt.%Si粉、68wt.%Al2O3粉和2wt.%NH4Cl,最佳渗制参数为850?C下保温4小时后1050?C下再保温6小时;所制备的铝硅涂层厚度约为250μm,表面质量较好,涂层的主要物相为NiAl相和Ni2Al3相,渗层组织致密,表面硬度分布均匀,可以满足激光熔注氧化铈颗粒改性需要。（2）开展了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层温度场的数值分析。利用COMSOL软件,建立了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层的温度场模型,并分析了激光工艺参数对其温度场的影响规律以及等线能量下温度场的变化规律,通过温度场的数值分析获得了本文研究条件下的较优工艺参数。研究结果表明:涂层表面氧化铈颗粒熔化量与熔池深度随着激光功率的增大而增大,随着激光扫描速度与离焦量的增大而减小;同时,激光功率对涂层表面氧化铈颗粒熔化量与熔池深度的影响最大,扫描速度的影响次之,离焦量的影响最小;本文数值分析所获得的较优工艺参数为:激光功率为600W,扫描速度为400mm/min,离焦量为0mm。（3）开展了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层应力场的数值分析。基于温度场的分析建立了应力场模型,分析了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层的应力场分布,研究了激光工艺参数对其应力场分布变化的影响规律以及等线能量下应力场的变化规律。研究结果表明:在激光作用阶段预置层表面和铝硅涂层表面的应力变化趋势大致相同,X、Y、Z方向应力均先表现出拉应力再变化为压应力;在冷却阶段,在预置层表面X方向上的残余应力最小、Y方向上的残余应力最大,而在铝硅涂层表面X、Y方向上的残余应力均较小、Z方向上的残余应力最大;同时,涂层表面的Von Mises等效应力随着激光功率的增大而增大,随着激光扫描速度与离焦量的增大而减小;此外,激光功率对应力场的影响的影响最大,扫描速度的影响次之,离焦量的影响最小。（4）开展了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层的实验研究。基于数值分析与前期探索性实验进行正交优化试验,获得了本文实验条件下的最优激光工艺参数;同时,采用SEM、EDS、XRD、OM等分析手段,分析了激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层的物相组成、微观组织、元素分布等,并考察了铝硅涂层改性前后在1050?C下含氯硫酸盐中的热腐蚀行为。研究结果表明:本文实验条件下的最优工艺参数:激光功率为650W、激光扫描速度为350mm/min与离焦量为-1mm;氧化铈颗粒成功注入涂层内部,且改性区域组织得到细化并呈现胞化趋势;激光熔注氧化铈颗粒改性铝硅涂层,在1050?C下含氯硫酸盐中的抗热腐蚀能力较改性前有较大提高。