K4104合金Al-Si涂层抗高温氧化性能研究

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航空发动机涡轮叶片在使用时必须加防护涂层,以提高基体合金的抗高温氧化性能。料浆渗铝硅涂层具有良好的高温抗氧化能力。本研究采用无机盐料浆法,在K4104镍基高温合金表面制备了Al-Si涂层,并进行了1000℃×200h高温氧化性能试验,对其1000℃空气条件下的氧化行为进行了研究。运用光学显微镜、扫描电镜、能谱等对试样表面、截面观察分析,讨论渗铝硅涂层的抗高温氧化性能,并对硅的作用机理进行探讨。通过对渗铝硅试样和原始试样不同时间高温氧化腐蚀后测出的单位面积增重绘制出高温氧化动力学曲线,并对曲线进行动力学分析,由动力学曲线可以看出,铝硅涂层较原始试样有更好的抗高温氧化性能。 本试验采用SiRion型扫描电镜(SEM)对涂层表面和断面进行观察分析。用SEM对试样进行表面形貌观察,随着氧化的进行,表面生成连续的Al2O3膜,起伏增大。随氧化时间的延长,试样剥落现象也趋明显,但剥落后仍有新的Al2O3膜生成,保护基体。用SEM对试样进行断面观察,K4104镍基高温合金表面Al-Si涂层,在长时间的高温氧化过程中已转变成完整致密的α-Al2O3氧化层和富铝的β-NiAl和富镍的β-NiAl化合物层,且与基体合金的粘附性良好。 涂层中Si元素的适量加入和合理分布能有效的抑制β相的生长,促使β相转变为γ′相,含硅的γ′相抗蚀能力大增,其抗氧化能力与β相相当。另外硅促使β相转变为γ′相也有利于降低脆塑转变温度,生成的α-Al2O3附着力好,涂层不易开裂、脱落的作用。 涂层中Si元素可促进M6C型碳化物的形成,固结W、Mo等元素,延长涂层的退化速度。硅的加入起到扩散障的作用,阻止了基体金属元素的向外扩散和氧元素向内扩散,提高了涂层的抗氧化能力。
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