原位化学气相沉积制备铝化物涂层及其性能研究

来源 :北京航空航天大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:zeroii
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镍基高温合金因其优良的高温强度、疲劳性能和断裂韧性等诸多优点被广泛应用航天航空领域。但随着发动机工作温度的提高,镍基高温合金的抗高温氧化性能需进一步得到提高。在合金表面制备涂层是一种常用的改善其抗高温氧化性能的方法。而在制备涂层的方法中,包埋渗法因其操作简单、可多元共渗等诸多优点而广受应用。尽管如此,传统包埋渗法大都在较高温度下进行并持续很长时间,这会严重损坏合金的机械性能。基于此点,低温包埋渗的研究尤为重要。包埋渗法本质是上是一种原位化学气相沉积法。本文研究了于镍基合金表面低温包埋渗的可行性,并详细研究了实验因素对涂层结构、组成和厚度的影响。结果显示,涂层为均匀、致密的双层结构,涂层外层主要由Al3Ni2, Al3Ni和少量的Al86Cr14相组成,内层主要由Al3Ni2相组成。渗剂组分(除催化剂含量外)、实验温度和沉积时间等实验因素均不影响涂层的结构和相组成,但对涂层的厚度影响很大。涂层厚度与沉积时间大致呈抛物线关系,说明涂层形成为扩散控制。在反应时间一定的条件下,涂层厚度与反应温度的倒数之间存在线性关系。低温包埋渗铝化物涂层的抗高温氧化性能也得到了研究,结果显示涂层具有优异的抗高温氧化性能。属于完全抗氧化级别。氧化初期,涂层表面θ-Al2O3的生长占主导地位,致使氧化增重较快。但随着氧化进行,亚稳态θ-Al2O3向稳态α-Al2O3转变。氧化速率下降,氧化增重曲线趋于平缓。本文利用传统包埋渗法于镍基合金块状材料表面进行了Al-Si共渗,并对制得涂层的结构和组成进行了分析。结果显示,Al-Si共渗涂层为双层结构,外层由Ni2Si相组成,内层由Ni2Si相和Ni0.9Al1.1相组成。在基体与涂层间有一层过渡层,过渡层由Ni2Si相和Ni-Cr-Si三元相组成。采用相同实验方案,利用自行设计的设备和原位化学气相沉积法,本文成功于镍基合金空心圆柱形工件内腔表面进行了Al-Si共渗。制得的涂层的结构和组成与块状材料表面Al-Si涂层相同,但过渡层厚度大幅减小。
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