cvd法渗铝设备及工艺研究

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1、分类号：学校代码：82701密级：机械科学研究总院硕士学位论文CVD法渗铝设备及工艺研究ResearchonCVDAluminizingEquipmentandTechnology培养单位：武汉材料保护研究所专业：材料学研究方向：金属热处理研究生姓名：范凯平指导教师：吴勇研究员2014年6月10日I万方数据机械科学研究总院本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合机械科学研究总院硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：主席：委员：导师：万方数据独创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之

2、处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得机械科学研究总院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本人完全了解机械科学研究总院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权机械科学研究总院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(涉密的学位论文在解密后适用本授权书)作者签名：导师签名

3、：日期：日期：万方数据机械科学研究总院硕士学位论文摘要摘要先进燃气轮机为追求高“推重比”，不断提高涡轮进口温度，使得燃气轮机叶片的工作条件越来越苛刻，对其用材的性能要求越来越高。目前广泛用于制造燃气轮机叶片的镍基合金，受自身熔点的限制，依然无法满足此要求。空心叶片的出现，虽然在一定程度上达到了气冷效果，但同时也使叶片内孔道的温度越来越高，内腔表面腐蚀越来越严重。现在叶片内孔道防护工艺一般是包埋法渗铝、气相渗铝（VPA）和化学气相沉积（CVD）渗铝。然而包埋法存在着粉末易烧结、堵孔和渗后难清理的问题；VPA工艺依然使用粉末，不环保且工艺可控性有限；CVD法使用HCl气

4、体作活化剂，渗后无渗剂的清理问题，无烧结、堵孔的危险，且涂层的抗高温氧化/耐热腐蚀性能优于前两者的，涂层也“最洁净”。本课题首先借助计算机软件HSC-chemistry5对CVD渗铝体系中渗铝剂及渗铝反应机理进行热力学研究。Al与HCl反应主要形成AlCl3(g)，以及少量AlCl2(g)和AlCl(g)。在520K以上，Al与HCl反应才可生成AlCl(g)。生成的AlCl和AlCl2可能主要以AlClH2、AlCl2H的形式存在，而AlCl和AlCl2单独存在却很少，这是缘于化学键成键原理，AlClx中Al外层3个电子需全部成对，该物质才可稳定存在。温度升高、压

5、强降低会使AlCl2(g)和AlCl(g)的生成量增加。只有低价氯化物AlCl2(g)和AlCl(g)才能在基体表面释放出Al，且AlCl(g)释放出Al比AlCl2(g)更容易，而AlCl3(g)则难以反应。本课题在了解了渗铝剂及渗铝反应机理的基础上，进行了CVD渗铝设备及工艺设计。CVD渗铝设备设计成双室结构——气体铝化物发生炉和高温渗铝炉。CVD渗铝体系采用N2-HCl-H2供气体系供气；CVD渗铝系统由反应系统、控制系统、尾气处理系统组成。反应系统用以形成气相铝化物AlClx和AlClx发生渗铝反应。控制系统又分为温度、压强及流量控制系统。尾气处理系统则采用

6、真空泵抽出尾气—冷却—除尘—尾气处理。CVD渗铝炉由反应罐、加热元件、保温体、密封系统组成。反应罐采用低铁含量的高镍铬合金制造，加热功率为30kW，保温体采用300mm厚的硅酸铝纤维制造。本课题完成了Inconel718和AISI304在1000℃时4h的CVD渗铝试验以及渗铝样品在1100℃的氧化试验。Inconel718和AISI304表面的CVD渗铝层均有三层结构（外层、中间层、互扩散层），渗铝层总厚度分别117.8μm、560.2μm；渗铝层外层Al含量均较高，Al含量分别高达46.84at.%、32at.%。在1100℃高温氧化时，Inconel718和A

7、ISI304渗铝样品均拥有明显优于基体（未渗铝样品）的抗高温氧化性能；AISI304渗铝样品的抗高温氧化性能优于Inconel718未渗铝样品的，这为I万方数据CVD法渗铝设备及工艺研究机械科学研究总院硕士学位论文AISI304不锈钢渗铝后代替高档不锈钢甚至镍基合金的使用提供了可能性。关键词：CVD渗铝机理，CVD渗铝设备，渗铝层成分，抗高温氧化性能II万方数据机械科学研究总院硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTTheturbineinlettemperatureisconstantlyincreasedforadvancedgasturbinesinp