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GH586镍基高温合金通常应用于航空发动机的涡轮叶片材料,在合金基体表面上制备的渗铝涂层表现出优异的高温氧化性能,利用稀土氧化物改性的渗铝涂层能够进一步地提高合金的抗高温氧化性能。本文利用粉末包埋渗铝的方法在GH586镍基高温合金表面上制备一层渗铝涂层,研究了渗铝剂组成(Al粉含量、活化剂含量)、渗铝时间和渗铝温度对渗铝涂层厚度的影响规律,重点研究了渗铝温度对渗铝涂层组织结构和相形成的影响机制。对渗铝涂层进行高温氧化实验,研究了渗铝涂层在不同氧化时间的氧化行为。为了进一步提高渗铝涂层的抗氧化能力,分别单一添加了不同含量的La2O3和CeO2以及混合添加两种稀土氧化物,研究La2O3和CeO2的添加量以及混合添加方式对高温氧化性能的影响,具体研究成果如下: (1)对渗铝涂层的工艺参数进行了优化,包埋渗剂中的铝粉含量最好控制在40wt.%以下,活化剂NH4Cl添加2wt.%较为合适,渗铝时间控制在4~8h,渗铝温度选择900℃左右。800℃、900℃和1000℃三种不同渗铝温度制备的涂层结构均分为三层,外层、中间层和内层。800℃时为低温高活度渗铝,涂层主要由Ni2Al3相组成。1000℃时为高温低活度渗铝,涂层主要由β-NiAl相组成。 (2)对采用优化工艺制备的渗铝涂层进行1000℃高温氧化试验,结果表明渗铝涂层在氧化前期首先生成亚稳态的θ-Al2O3,其后会逐渐的转变为等轴状的α-Al2O3。θ-Al2O3向α-Al2O3转变会伴随着一定的体积收缩,产生较大的应力。在氧化50h时,氧化膜出现了微小的点蚀和裂纹。氧化100h后点蚀和裂纹不断扩大形成孔洞并造成剥落。随着氧化时间的延长,氧化膜的厚度逐渐增加,表面皱曲程度也逐渐增加。 (3)添加1wt.%和4wt.%La2O3或CeO2均能改善氧化膜的粘附性,提高涂层的抗氧化性能。添加1wt.%La2O3的涂层氧化膜中出现许多楔形氧化物,起钉扎效应,添加4wt.%La2O3能够细化氧化膜颗粒。CeO2能够抑制铝元素向外扩散,改变氧化膜的生长机制,此时氧化膜的生成主要靠氧向内扩散为主。添加适量的CeO2能够减少氧化膜的内氧化现象,抑制孔洞的形成。随着稀土氧化物添加量的增加,抑制θ-Al2O3向α-Al2O3相变程度逐渐加深,θ-Al2O3向α-Al2O3相变越缓慢,相变过程中产生的生长应力就越容易释放。 (4)混合添加稀土氧化物的涂层氧化膜的厚度大于单一添加稀土氧化物的涂层。混合添加稀土氧化物比单一添加稀土氧化物抑制θ-Al2O3向α-Al2O3相变的程度更深,因此氧化膜表面的θ-Al2O3更多。混合稀土氧化物为Al2O3保护膜的形成提供了更多的形核场所,阻碍了铝元素的短路扩散,进一步抑制氧化物晶粒的长大。