Pt改性鋁化物涂層的制備科學(xué)及性能研究.pdf

1、針對(duì)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度不斷提高的發(fā)展趨勢(shì)，本文利用電鍍Pt/Pt-Hf后進(jìn)行高溫低活度氣相滲鋁的方法制備了Pt改性的單相(Ni，Pt)Al涂層，并選取活性元素Hf對(duì)涂層進(jìn)行改性，以期進(jìn)一步提高涂層的高溫服役性能，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵熱端部件（例如葉片）的使用壽命。
　　本文系統(tǒng)地研究了滲鋁過程中各參數(shù)對(duì)涂層組織的影響，并利用多元線性回歸方法演繹出相關(guān)參數(shù)對(duì)涂層厚度的影響公式，經(jīng)過R檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)、T檢驗(yàn)等多種方法驗(yàn)證后，證實(shí)該經(jīng)驗(yàn)公式

2、能夠有效基于輸入工藝參數(shù)對(duì)涂層厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)，或根據(jù)需要的涂層厚度進(jìn)行滲鋁工藝參數(shù)設(shè)定。
　　此外，本文研究了Pt含量對(duì)(Ni，Pt)Al涂層高溫氧化行為的影響:初始Pt鍍層厚度為5μm時(shí)，(Ni，Pt)Al涂層氧化速率最低，氧化膜粘附性最好，且循環(huán)氧化過程中涂層表面起伏最小，相對(duì)于2μm和8μm Pt鍍層樣品具有最佳的抗高溫氧化性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論分析，針對(duì)(Ni，Pt)Al涂層表面起伏提出一種新的解釋觀點(diǎn)，認(rèn)為涂層在氧化過程

3、中的相變、蠕變變形和氧化膜剝落三者之間存在相互聯(lián)系和促進(jìn)的關(guān)系，它們共同決定了涂層的整體抗高溫氧化性能。
　　在900℃ Na2SO4/NaCl(75∶25，wt./wt.)混合鹽中的熱腐蝕測(cè)試表明:熱腐蝕中同時(shí)存在氧化膜生長(zhǎng)與氧化膜溶解兩個(gè)過程，二者相互競(jìng)爭(zhēng)，其相對(duì)速率的大小決定了涂層抗熱腐蝕性能。初始鍍Pt層厚度為8μmPt的涂層樣品較高含量的Pt濃度，有效的降低了涂層內(nèi)部Al活度，使得腐蝕初期生成的氧化膜較薄，從而熔鹽中的S

4、、Cl等元素很容易穿過氧化膜而對(duì)涂層進(jìn)行內(nèi)氧化及內(nèi)硫化，同時(shí)導(dǎo)致氧化膜的溶解。當(dāng)涂層通過1100℃預(yù)氧化在表面預(yù)先形成一層完整的氧化膜后，較高溫度下形成的致密的氧化膜能夠有效阻止熔融鹽中的S、Cl等元素向內(nèi)擴(kuò)散，降低涂層的內(nèi)氧化及內(nèi)硫化速率，有效提高(Ni，Pt)Al涂層的抗熱腐蝕性能。
　　利用Pt/Hf共沉積的方法獲得了Hf顆粒均勻分布的復(fù)合鍍層，經(jīng)過同樣高溫低活度氣相滲鋁后，得到Hf改性(Ni，Pt)Al涂層，其中Hf元素在

5、外層(Ni，Pt)Al中以較低濃度(＜0.1 at.％)均勻分布，在(Ni，Pt)Al相和互擴(kuò)散區(qū)(IDZ)之間形成連續(xù)的富Hf帶，外層(Ni，Pt)Al晶界上未見富Hf顆粒析出。
　　在1100℃恒溫氧化及循環(huán)氧化測(cè)試結(jié)果表明，Hf元素的加入可以顯著降低(Ni，Pt)Al涂層的氧化速率，同時(shí)明顯降低氧化過程中涂層表面起伏程度，提高氧化膜的粘附性能。涂層底部富Hf帶的存在能夠有效減緩?fù)繉又蠥l元素的消耗速率，阻礙基體中重金屬元素向