納米CeO2改性NiAl熔覆涂層的制備及其高溫防護特性研究.pdf

1、隨著“大推重比”這一先進燃氣渦輪發(fā)動機發(fā)展趨勢的日益明顯，渦輪葉片的工作溫度在持續(xù)升高，這必然對葉片上擔負高溫防護功能的熱障涂層金屬粘結層的服役性能提出了更高要求；然而，當前常用的包覆型MCrAlY涂層所形成的以氧化鉻為唯一組分或主要組分的保護性氧化膜在高溫氧化和熱腐蝕環(huán)境中極易揮發(fā)，其高溫防護性能難以滿足越來越高的服役溫度要求?？梢姡兄菩滦透邷胤雷o性能更優(yōu)異的熱障涂層金屬粘結層已成為當務之急。鑒于傳統鋁化物涂層憑借NiAl金屬間化合

2、物優(yōu)異的熱穩(wěn)定性一直在高溫防護領域中扮演著重要角色，本文基于國內外研究現狀的分析，提出采用激光熔覆技術在鎳基高溫合金表面直接制備以β-NiAl相為主要成分的NiAl涂層，并在其中引入不同含量的納米CeO2，從而進一步改善其高溫防護性能，文中較為系統地分析了不同含量納米CeO2改性NiAl涂層與原始NiAl涂層（未添加納米CeO2的NiAl涂層）的微觀組織與顯微硬度，并從組織晶粒細化、親氧元素擴散、β-NiAl相轉變以及氧化膜生成機制等角

3、度研究了高溫環(huán)境下納米稀土的納米/活性元素效應對激光熔覆NiAl涂層高溫防護性能的影響。
　　本文的重點研究方向及初步成果包括以下5個方面：
　?。?）以稀釋率為評價指標，綜合熔覆層表面平整性和橫截面幾何尺寸，對GH4033表面激光熔覆NiAl涂層的工藝參數進行探索，分析了激光功率、掃描速度、壓片厚度等單一性工藝參數對熔覆層成形質量的影響，并通過正交實驗優(yōu)化獲得了本文實驗條件下以大光斑直徑制備NiAl熔覆涂層的最優(yōu)工藝參數，

4、即激光功率950W、掃描速度300mm/min、壓片厚度0.5mm。
　?。?）通過分析不同含量納米CeO2（1.5wt.％、3 wt.%、4.5 wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層的微觀組織（包括結晶形態(tài)、晶粒尺寸、物相組成、顯微硬度等），初步探討了不同含量納米CeO2對NiAl涂層組織演變的影響及其規(guī)律。研究表明：納米CeO2改性NiAl涂層與原始NiAl涂層相比，其幾何形狀由典型的雙弧狀變?yōu)楸馄綘?，涂層中的氣孔、?/p>

5、析等缺陷消失，晶粒被細化，涂層的顯微硬度也更加均勻，涂層中主要物相成分為β-NiAl相，其中以添加3wt.%納米CeO2對涂層組織的改性效果最為明顯。
　?。?）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層在1200℃高溫環(huán)境下的氧化行為。研究結果表明：相比于原始NiAl涂層，納米CeO2明顯改善了NiAl涂層的抗氧化性能，其親氧元素的擴散速度亦遠小于原始NiAl涂層。

6、等溫氧化100h后，氧化膜與涂層的界面處未見明顯疏松，而且此時氧化膜基本上由Al2O3構成。從氧化動力學曲線可以看出，加入3wt.%納米CeO2的NiAl涂層的氧化增重最為平緩，即加入3wt.%納米CeO2的NiAl涂層的抗氧化性能最好，這與其對涂層組織的影響是一致的。
　　（4）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及原始NiAl涂層在1150℃高溫環(huán)境下的熱腐蝕行為。研究結果表

7、明：原始NiAl涂層經過80h熱腐蝕后，涂層表面出現了一定程度的疏松現象，涂層表面氧化膜已經基本脫落，涂層內腐蝕嚴重；而添加CeO2后，涂層表面形成了以α-Al2O3-Cr2O3為主的固溶氧化物體系，涂層內腐蝕的深度減小，其表面無明顯的脫落和隆起。本文實驗結果顯示3wt.%納米CeO2改性后的NiAl涂層具備較好的抗熱鹽腐蝕性能。
　　（5）考察了不同含量納米CeO2（1.5wt.%、3wt.%、4.5wt.%）改性NiAl涂層及