鎳基單晶合金表面NiCrAlYSi涂層真空電弧鍍工藝及高溫性能研究.pdf

1、為提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片使用壽命和可靠性，需要對(duì)渦輪葉片采用先進(jìn)的防護(hù)涂層工藝，使其作為合金基體與高溫環(huán)境之間的物理屏障，阻隔溫度和環(huán)境介質(zhì)對(duì)合金基體的危害作用。因此，本文采用真空電弧鍍方法在鎳基單晶合金和模擬渦輪葉片表面制備NiCrAlYSi涂層，并對(duì)涂層沉積工藝與高溫性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　本文采用真空電弧鍍技術(shù)在鎳基單晶合金表面制備了NiCrAlYSi防護(hù)涂層。研究了涂鍍電流對(duì)涂層組織與厚度的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電弧電流為620

2、±10A時(shí)，會(huì)造成電弧不穩(wěn)和熄弧現(xiàn)象，使涂層組織結(jié)構(gòu)不均勻，內(nèi)部存在孔隙、空洞等缺陷。當(dāng)電弧電流為720±10A時(shí)，靶材會(huì)被輕微損壞。只有當(dāng)電弧電流處于670±10A時(shí)，涂層的涂鍍過程處于相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，涂層組織均勻致密。涂鍍時(shí)間不超過150min時(shí)，NiCrAlYSi涂層厚度與涂鍍時(shí)間呈正比關(guān)系，且涂層厚度均勻，不同位置厚度差距不超過3μm。
　　真空電弧鍍涂鍍90min，在鎳基單晶合金表面可制備厚度約25μm的涂層，經(jīng)過8

3、70±10℃真空熱擴(kuò)散32h，擴(kuò)散層厚度約5μm。此時(shí)，涂層與鎳基單晶合金結(jié)合良好。經(jīng)760℃高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，含NiCrAlYSi涂層的鎳基單晶合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率分別為1115MPa、922MPa、14.5％和21.5%。含NiCrAlYSi涂層的鎳基單晶合金在980℃下的高溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率分別為885.0MPa、822.5MPa、31.5%和37.3%。NiCrAlYSi涂層改善

4、了鎳基單晶合金在980℃和1100℃下的高溫持久性能，980℃持久壽命由239h增加到276h，而1100℃持久壽命由167h增加到273h，改善幅度分別達(dá)到15.9%和63.5%。但NiCrAlYSi涂層使鎳基單晶合金在700℃下的疲勞極限由470MPa下降到436MPa，下降了7.4%。
　　對(duì)真空電弧鍍NiCrAlYSi涂層的抗高溫氧化性能和耐熱腐蝕性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，與鎳基單晶合金基體相比，NiCrAlYSi涂層顯著

5、提高了在1100℃下的抗恒溫氧化性能和在1000℃下的抗循環(huán)氧化性能。在1100℃靜態(tài)空氣中恒溫氧化100h后，涂層樣品的平均氧化速度約為0.087g/m2h(小于0.1g/m2h)，達(dá)到完全抗氧化級(jí)。不帶涂層的鎳基單晶合金經(jīng)1100℃恒溫氧化100h或1000℃循環(huán)氧化250次后，表面氧化皮開裂剝落較嚴(yán)重，氧化膜主要由NiO、NiAl2O4和NiTa2O6等組成。部分區(qū)域形成了瘤狀氧化物，并發(fā)生了內(nèi)氧化。帶NiCrAlYSi涂層的鎳基