Page 16 - 腐蚀与防护2024年第十一期
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第45卷 第11期                                  腐蚀与防护                                  Vol.45 No.11


    2024年11月                          CORROSION &PROTECTION                          No vember2024

                                                                              DOI : 10.11973 / fs y fh220665


         Hf+Cr          共改性          Ni Pt   Al         涂层在          1100 ℃          下的
                                           氧化行为



                                  任双星 , 阳颖飞     1 , 2 , 任 盼 1 , 2 , 李 卫 1
                                        1

             ( 1. 暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院, 广州 510632 ; 2. 中国科学院金属研究所, 沈阳 110016 )

       摘 要:通过复合电镀的方法在 N5单晶合金上先后沉积了 Ni-Cr复合镀层和 Pt-Hf 复合镀层, 随后


       通过气相渗铝的方法, 制备了一种 Hf+Cr共改性的( Ni , Pt ) Al 涂层。在1100℃静态空气中对该

       涂层进行了500h的氧化试验, 并以普通( Ni , Pt ) Al 涂层和 Hf改性( Ni , Pt ) Al 涂层为对比样。通
       过三种涂层的氧化动力学、 氧化后物相组成和形貌的对比分析, 研究了 Hf 、 Cr元素对( Ni , Pt ) Al 涂
       层抗氧化性能的影响。结果表明: 在三种涂层中, Hf+Cr共改性( Ni , Pt ) Al 涂层具有最低的氧化速
       率、 最强的黏附性能以及最低的表面起伏; 相比于单一 Hf改性, Hf+Cr共改性具有协同作用, 使
             的生长速率及涂层内部应力降低; 同时, Ni-Cr层可以作为( Ni , Pt ) Al 涂层与基体之间的缓冲
      Al 2O 3
       层, 抑制涂层与基体之间的互扩散。
       关键词: Hf+Cr共改性;( Ni , Pt ) Al 涂层; 高温氧化; 氧化速率


       中图分类号: TG172   文献标志码: A   文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0008-09
     航空发动机是飞机动力关键部件, 是衡量飞机                           属黏结层的热稳定性及高温性能直接决定了热障涂
   发展水平的重要标志之一            [ 1 ] 。随着航空发动机推重           层的服役性能及寿命          [ 12-13 ] 。
   比增加, 发动机燃烧室、 涡轮机和压气机等热端部件                              目前, 广泛应用的黏结层主要有铝化物涂层( 如
   的工作温度大幅提升, 其核心部件如叶片、 火焰筒、                         NiAl 涂层) 及 MCrAlY ( M 为 Ni 、 Co或 Ni 和 Co ) 包覆
   过渡段等需在恶劣的服役环境中长时间运行, 即使                           涂层  [ 14 ] 。与 MCrAlY 涂层相比, NiAl 涂层中 Al 含量
   采用先进定向凝固技术制备的单晶高温合金作为涡                            更高, 其抗高温氧化性能更好。随着铝化物涂层中各
   轮叶片, 并辅以最新冷却技术, 也难以满足抗氧化、                         种改性元素的加入, 其抗氧化性能可进一步提升, 因
   隔热、 耐腐蚀等实际要求          [ 2-3 ] 。热障涂层( TBC ) 为解     此该类涂层被广泛应用于航空航天领域                   [ 15-17 ] 。在众
   决上述问题提供了有效的途径               [ 4-5 ] 。热障涂层的性       多改性铝化物涂层中,( Ni , Pt ) Al 涂层由于具有优异
   能及寿命成为影响航空发动机性能的关键。一直以                            的抗氧化性能、 良好的氧化膜黏附性能及与基体合金
   来, 各国航空发动机推进计划均把热障涂层技术列                           相匹配的力学性能而受到广泛关注。其中, Pt元素
   为高压涡轮叶片的关键技术             [ 6 ] 。                  对涂层的有益作用表现在以下几个方面: 第一, 降低
       目前应用最为广泛的 TBC 系统主要包括陶瓷                        热生长氧化层 / 金属黏结层界面上有害元素如S的影
   隔热层、 金属黏结层、 高温合金基体以及在陶瓷层与                         响, 减少界面孔洞的产生, 提 高 氧 化 膜 的 黏 附 性
   黏结层之间形成的以氧化铝为主要成分的热生长氧                            能 [ 18 ] ; 第二, 降低氧化膜的生长速率, 从而减小氧化
   化层  [ 7-9 ] 。其中, 金属黏结层作为过渡层可降低陶瓷
                                                     膜内的生长应力        [ 19 ] ; 第三, 涂层表面高含量的Pt 原子
   隔热层与金属基体之间的热物性差异                  [ 10 ] , 同时可为
                                                     可牵引 Al 原子发生上坡扩散, 从而在较长时间内保
   高温合金基体提供抗氧化及腐蚀防护                  [ 11 ] 。因此, 金
                                                     证涂层中有足够的 Al 原子可向外扩散形成氧化膜,
                                                     并对有缺陷的氧化膜进行及时修复                [ 20 ] 。
   收稿日期: 2022-11-11
                                                          ( Ni , Pt ) Al 涂层虽然具有良好的抗高温氧化性
   基金项目: 国家自然科学基金青年项目( 52201076 ); 广东省
                                                     能, 但在长期的服役过程中, 涂层表面会发生较为严
   基础与应用基础研究基金项目( 2021A1515111065 )

   通信作者: 阳颖飞 ( 1988- ), 副研究员, 博士, 主要从事高温             重的起伏     [ 21-23 ] 。当产生表面起伏时, 氧化膜内部应
                                                     力急剧增加, 从而加速裂纹产生及涂层剥落。研究
   腐蚀与防护、 金属表面改性研究工作, 020-85220890 , y f y an g
                                                     表明, 氧化膜出现裂纹或剥落是导致 TBC系统失效
   @ j nu.edu.cn
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