原位合成法制备NiCoCrAlY合金涂层的微观结构及其性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:mustang2001
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NiCoCrAlY合金具有良好的抗高温氧化性能,因此在航空航天零部件表面保护中得到广泛应用,但NiCoCrAlY合金粉体高昂的成本成为民用工业应用的瓶颈,如何在低成本基础上制备NiCoCrAlY合金涂层具有重要的工业应用价值。而构成NiCoCrAlY合金的单质粉体价格均较低,其构成的混合粉体相对于NiCoCrAlY的合金粉体价格低约86.6%,如果采用混合粉体作为原料,再采用特殊工艺方法制备出NiCoCrAlY合金涂层,具有重要的科学意义和工业应用价值。  本研究提出采用冷喷涂技术制备Ni,Co,Cr,Al,Y的混合粉体预制涂层,之后采用原位扩散合成的方法制备NiCoCrAlY合金涂层。其方法是将Ni,Co,Cr,Al,Y的单质粉末以4∶2∶1.5∶1∶0.03(质量比)机械混合4h后,采用低压冷喷涂技术在310S耐热钢(0Cr25Ni20)表面预制混合粉体涂层,之后采用感应重熔和真空扩散的方法原位合成NiCoCrAlY合金涂层,利用XRD、SEM和EDS对NiCoCrAlY合金涂层的物相、微观结构和成分进行了分析,对比研究了两种技术原位合成NiCoCrAlY合金涂层的能力,以及所形成的合金涂层的抗高温氧化性能。并对原位合成反应较好的感应重熔NiCoCrAlY合金涂层的摩擦磨损性能进行了研究。  研究表明:真空扩散原位合成NiCoCrAlY合金涂层的组织呈现“鱼鳞状”,氧化实验表明,涂层内部氧化较为严重,涂层整体氧化增重较为明显,950℃时氧化50h后增重为4.35mg/cm2,相对纯基体增重减少约7.4%,1050℃时氧化50h后增重为4.5mg/cm2,相对纯基体增重减少约7.2%。而感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层中元素之间的扩散和反应更加充分,组织更为致密,涂层内部的孔隙明显减少,显微硬度值可达约345HV,涂层与基体形成了良好的冶金结合。氧化性能测试表明,950℃时感应重熔原位合成的NiCoCrAlY涂层氧化50h后增重为3.4mg/cm2,比基体在同一时刻的氧化增重减少了27.7%,比真空扩散原位合成的NiCoCrAlY涂层减少了21.8%;1050℃时感应重熔原位合成的NiCoCrAlY涂层氧化50h后增重为3.65mg/cm2,比基体在同一时刻的氧化增重减少了24.7%,比真空扩散原位合成的NiCoCrAlY涂层减少了18.9%。综合研究涂层与基体结合方式、涂层微观形貌、涂层抗高温氧化性能表明,采用感应重熔原位合成法可以制备性能优异的NiCoCrAlY合金涂层。  采用HT-1000销-盘式高温摩擦实验机测试感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层从室温(RT)到800℃的摩擦学性能。结果表明:感应重熔原位合成的NiCoCrAlY合金涂层在RT、600℃、800℃时的磨损率均较低,其中600℃时涂层具有最优的耐磨性能,其磨损率为0.2×10-4mm3/(N·m),同等条件下比室温时的磨损率减少约77.3%,比200℃时的磨损率减少约98.4%,比400℃时的磨损率减少约97.8%,比800℃时的磨损率减少约71%。涂层在不同温度下的磨损机制也不相同,涂层在常温时主要以轻微黏着磨损和涂抹磨损为主,中温转化为较严重的黏着磨损,而高温时表现为轻微的刮擦磨损和部分的磨粒磨损,涂层显示出良好的高温耐磨性能,对基体起到了较好的保护作用。
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