TC11表面納米氧化鈰增強(qiáng)MCrAlY熔覆涂層的制備及其特性研究.pdf

1、TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)合金是我國(guó)航空航天領(lǐng)域中用量最大的兩相鈦合金之一，其表面MCrAlY涂層的高溫防護(hù)性能直接決定著其服役性能。本文基于對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析和課題組前期研究，提出了“通過將納米氧化鈰有效引入TC11表面MCrAlY熔覆涂層中，憑借充分發(fā)揮其特有的細(xì)化組織/活性效應(yīng)的協(xié)同作用，從而實(shí)現(xiàn)提高TC11表面MCrAlY熔覆涂層的高溫防護(hù)性能”的思路。研究中，以納米懸浮液作為球磨介質(zhì)

2、，通過附加間歇攪拌的機(jī)械濕法球磨將納米氧化鈰包覆于經(jīng)過預(yù)處理（“球磨整形”+“分樣過篩”）的MCrAlY粉表面，制備出品質(zhì)優(yōu)良的納米氧化鈰增強(qiáng)微納粉;采用壓片預(yù)置法將待熔覆微納粉預(yù)置于TC11表面，基于ANSYS模擬優(yōu)化后的激光熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在TC11合金表面成功制備了納米氧化鈰增強(qiáng)的MCrAlY熔覆涂層，考察了不同含量納米氧化鈰增強(qiáng)的MCrAlY熔覆涂層的微觀組織、抗氧化性能、抗熱腐蝕性能及抗熱震性能，并探討了納米氧化鈰對(duì)

3、其的作用機(jī)制。本文研究，不僅獲得一種TC11表面高溫防護(hù)性能優(yōu)異的MCrAlY涂層及其設(shè)計(jì)理論和制備技術(shù)，而且也為高性能熱障涂層的發(fā)展提供了一定的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。
　　本文完成的主要工作和取得的成果如下:
　　(1)針對(duì)已市場(chǎng)化MCrAlY原粉形貌多樣性和納米懸浮液中納米顆粒不能充分與微米粉接觸等問題，提出了一種可直接送粉的高效微納復(fù)合粉體濕法球磨制備方法，該技術(shù)能夠兼顧微納復(fù)合粉體復(fù)合效果和滿足熱噴涂、激光熔覆直接送粉

4、的要求，具有很強(qiáng)的工程價(jià)值和應(yīng)用前景。同時(shí)，發(fā)明了一種帶有攪拌功能的制備微納米復(fù)合粉體用球磨罐，解決了球磨時(shí)粉體在罐底沉積的難題，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有主流球磨機(jī)具有很好的適配性，實(shí)用性強(qiáng)。
　　(2)鑒于激光熔覆是一個(gè)快速加熱與冷卻的過程，在當(dāng)前技術(shù)下通過實(shí)驗(yàn)獲得溫度場(chǎng)分布規(guī)律十分困難，同時(shí)在用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的工作量也很大。利用有限元分析模擬了TC11合金表面上激光熔覆MCrAlY涂層的溫度場(chǎng)，并對(duì)其激光

5、工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了在TC11合金上制備MCrAlY熔覆涂層的最優(yōu)工藝參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)用激光工藝參數(shù)提供了較為可靠的依據(jù)。
　　(3)采用OM、EDS、XRD等手段及顯微硬度計(jì)，對(duì)添加不同含量納米氧化鈰的MCrAlY熔覆涂層的微觀組織、相結(jié)構(gòu)及橫切面硬度分布進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并初步討論了納米氧化鈰對(duì)MCrAlY熔覆涂層微觀組織的影響機(jī)制。研究表明:添加納米氧化鈰后，涂層組織的均勻性得到明顯改善，熔覆層中氣孔、成分偏析等缺陷消

6、失，枝晶析出物被打斷，胞狀組織被細(xì)化;同時(shí)，涂層過渡區(qū)的硬度變化梯度減小，其硬度沿橫切面的分布也更加均勻。其中，以添加6％的納米氧化鈰對(duì)熔覆涂層組織及硬度分布的改善最為明顯。
　　(4)根據(jù)MCrAlY高溫防護(hù)涂層的服役要求，考察了添加不同含量納米氧化鈰的MCrAlY熔覆涂層的等溫氧化行為、熱腐蝕行為和熱震行為;同時(shí)，較為系統(tǒng)地討論了納米氧化鈰對(duì)MCrAlY熔覆涂層高溫防護(hù)性能的作用機(jī)制。研究表明:加入納米氧化鈰后，涂層的高溫防護(hù)

7、性能均好于未添加納米氧化鈰的涂層;其中，添加6wt.％納米氧化鈰對(duì)涂層抗氧化性能和抗熱腐蝕性能的改善最為明顯，添加4 wt.％納米氧化鈰對(duì)涂層抗熱震性能最佳;納米氧化鈰對(duì)涂層高溫防護(hù)性能的改善，主要?dú)w因于添加納米氧化鈰后充分發(fā)揮其特有的細(xì)化組織/活性效應(yīng)的協(xié)同作用。
　　綜上所述，本文提出的TC11合金表面制備納米氧化鈰增強(qiáng)的MCrAlY熔覆涂層技術(shù)，具有較好的工程價(jià)值和應(yīng)用前景;同時(shí)，采用該技術(shù)所制備的納米氧化鈰增強(qiáng)的MCrAl