K438合金铂改性铝化物涂层的高温抗氧化性研究

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为提高镍基高温合金K438的高温抗氧化性能,可以在其表面施加具有保护性能的铝化物涂层。热浸镀铝是一种高效的实施铝化物涂层方法,具有生产效率高、成本低廉、操作简单和有效防护期长等优点。但是单一的热浸镀铝涂层往往存在退化速率较快等缺陷,为了减缓涂层的退化速率,可以添加改性元素Pt。因此本研究采用磁控溅射(PVD)方法,首先在K438合金上沉积一层厚度约2μm的Pt层,经过1050℃、2h真空扩散处理后,再进行热浸镀铝实验,即采用两步法制备了Pt改性的热浸镀铝涂层。本文依据HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性能测定试验方法》标准,对基体K438合金、单一热浸镀铝涂层和Pt改性热浸镀铝涂层分别进行了1000℃、250次的高温循环氧化试验。采用电子天平、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析测试手段,对高温氧化后试样的氧化动力学规律、表面氧化产物形貌及相组成、截面组织等进行了研究。在1000℃、250次循环氧化后,实验结果表明:基体K438合金的高温抗氧化效果较差,表面生成了Cr2O3膜。截面分析发现,K438合金发生了严重的内氧化,在氧化膜/基体界面处分布着内氧化物Al2O3。单一热浸镀铝涂层的高温抗氧化性能比基体K438合金好,其中,浸镀时间为90s的涂层高温抗氧化性能最好。单一热浸镀铝涂层表面生成了保护性能更好的Al2O3膜。截面分析发现,高温抗氧化性较差的热浸镀铝30s、120s涂层析出的α-Cr颗粒尺寸粗大,分布不均匀,而热浸镀铝60s、90s和180s涂层析出的α-Cr颗粒尺寸细小,分布均匀。Pt改性热浸镀铝涂层比单一热浸镀铝涂层具有更优异的高温抗氧化性能,其中,浸镀时间为90s的涂层高温抗氧化性能最好。Pt改性热浸镀铝涂层表面生成的Al2O3膜更为致密。截面分析发现,Pt改性热浸镀铝60s、90s、120s、180s涂层氧化后析出的α-Cr颗粒均尺寸细小,分布均匀。
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