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在NiCoCrAlY高温防护涂层中,通过纳米稀土颗粒的加入,有效地实现了其高温防护性能的改善;然而,纳米稀土颗粒在涂层制备过程中极易分解,换言之单独引入纳米稀土颗粒难以同时发挥稀土活性效应和纳米颗粒细化组织作用。本文针对现有稀土改性NiCoCrAlY复合涂层的高温防护性能尚不够理想的现实,从“组织细化是提高材料高温防护性能的一种重要方法”出发,在课题组前期已有纳米氧化铈改性NiCoCrAlY复合熔覆涂层研究的基础上,创造性地提出引入第二相纳米颗粒—纳米碳化硅颗粒,从而在充分利用稀土活性效应改善涂层高温防护性能的同时,发挥纳米陶瓷颗粒细化涂层组织的作用,以此通过发挥两种纳米颗粒的协同作用可以实现提高NiCoCrAlY涂层的高温防护性能。 所开展的研究工作和取得的成果如下: (1)研究了纳米碳化硅增强的稀土改性NiCoCrAlY复合熔覆涂层的制备工艺,重点研究了其中的第二相纳米颗粒---纳米碳化硅颗粒的分散及其悬浮稳定性和优化了涂层制备的激光工艺参数。研究表明:本文实验条件下,纳米碳化硅超声分散的最佳工艺参数为分散频率80Hz、分散时间30min,涂层制备最优的激光工艺参数是激光功率300W,扫描速度200mm/min,离焦量20mm。 (2)分析了添加不同含量纳米碳化硅对复合熔覆涂层制备过程中的激光能量利用率、涂层显微组织、相结构和涂层硬度的影响。研究表明:加入纳米碳化硅后,增加了涂层制备过程中的激光能量利用率,且纳米碳化硅的添加量越大激光的能量利用率越高;同时,涂层组织被细化,缺陷被抑制,整体均匀性得到改善;而且,涂层熔覆区硬度波动减小,整体分布更加均匀。然而,纳米碳化硅的添加量并不是越多越好,过多的加入反而会使组织产生一定程度的恶化。本文实验中,纳米碳化硅的添加量以1%为宜。 (3)考察了不同含量纳米碳化硅增强复合熔覆涂层在800℃下的等温氧化行为。研究结果表明:加入纳米碳化硅复合熔覆涂层的抗氧化性能得到了较为明显的改善。等温氧化100h后,仅在氧化膜与涂层界面处出现了疏松,而且此时氧化膜中Cr2O3的含量较多。从氧化动力学曲线可以看出,加入1%纳米碳化硅的复合涂层的氧化增重最为缓慢,即加入1%纳米碳化硅的复合涂层的抗氧化性能最好,这与其对组织的影响是一致的。 (4)考察了不同含量纳米碳化硅增强复合熔覆涂层在800℃下混合硫酸盐中的热腐蚀行为。研究结果表明:未添加纳米碳化硅的稀土改性NiCoCrAlY复合熔覆涂层经过100h热腐蚀后,涂层表面出现了一定程度的疏松现象,涂层表面氧化膜处出现了明显的裂纹,而且热腐蚀后期质量损失较大;而添加纳米碳化硅后,腐蚀层的深度减小,其表面平整、无疏松、脱落和隆起产生。本文研究中,以加入1%纳米碳化硅的复合熔覆涂层的抗热盐腐蚀性能最好。 (5)探讨了添加不同含量纳米碳化硅增强复合熔覆涂层的热震行为。研究结果表明:未添加纳米碳化硅的复合熔覆涂层,经30次热震循环后,横切面上分布着源自涂层表面的三条贯穿性裂纹,并且相邻两条裂纹之间均有横向扩展的裂纹产生,可见此时涂层已趋于失效;而添加纳米碳化硅后的复合熔覆涂层经过30次热震循环后,裂纹的萌生由从表面萌生向内扩展转变为从界面萌生向外及横向扩展,同时添加2%纳米碳化硅的复合熔覆涂层表现出最好的抗热震性能。