热障涂层中NiPtAl与MCrAIY粘结层表面氧化铝的生长差异研究.pdf

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1、第43卷第3期稀有金属材料与工程V1．43．NO．32014笠3月RAREMETALMATERIALSANDENGD旺ERINGMarch2014热障涂层中NiPtAI与MCrAIY粘结层表面氧化铝的生长差异研究宋鹏，陆建生，黄太红，张德丰，吕建国2(1．昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明650093)(2．昆明理工大学城市学院，云南昆明650051)摘要：研究NiPtAI和MCrA1Y作为粘结层的EB．PVD热障涂层不同温度循环氧化寿命差异，从涂层高温氧化角度理解氧化铝的生长差异对上述涂层不同寿命的影响原因。发现2种Pf浓度的NiPtA1涂层具有相似的氧

2、化行为和涂层寿命，同时NiPtA1比MCrA1Y作为粘结层的热障涂层表现出明显较长的循环氧化寿命。NiPtA1比MCrA1Y具有较低的氧化铝生长速率和较大的临界失效厚度。NiPtAI氧化铝呈明显的等轴和柱状晶粒分布，涂层中的Pt和氧化铝晶界中Hf偏析物是影响氧化铝生长速率的重要因素。进一步证明铂能够提高氧化铝的粘结性能和热障涂层寿命，从而抵消铂的高成本进而促进NiPtAl涂层在涡轮机中的进一步广泛应用。关键词：铂改性铝化物；热障涂层；氧化铝；生长；微观结构中图法分类号：TG172．82文献标识码：A文章编号：1002．185X(2014)03—0601—04热障

3、涂层系统主要由镍基合金基体上的合金粘结寿命_1们，但是缺乏直接对比NiPtA1和MCrA1Y作为粘层fBC1，以及氧化钇增韧氧化锆(YSZ)陶瓷层组成。结层的TBC寿命数据。本研究将对EB．PVD热障涂层在不同使用环境下，MCrAIY(M代表Ni或Co等)和中NiPtA1粘结层在空气循环条件下对氧化铝的微观结铂改性铝化物(NiPtA1)等粘结层分别得到广泛应用。构和生长机理展开研究，并对比MCrA1Y作为粘结层基于目前制备技术水平MCrA1Y涂层成分易控，但是的热障涂层寿命以及氧化铝生长速率，研究NiPtA1粘由于铂改性铝化物涂层涉及的元素成分相对单一，目前结层

4、生成氧化铝的微观结构，解释NiPtAl比MCrAIY广泛用于航空发机等的热障涂层系统中。目前已经明确表面氧化铝生长速率较低的微观机理原因。铂改性铝化物涂层由于能够通过避免氧化铝／涂层界面1实验的空洞形成Ⅲ以及降低合金涂层中的S元素效应[2’3]，从而提高了涂层的粘结性能；通过促进涂层Al的选择在镍基合金基体上利用真空等离子喷涂(VPS)制性氧化，形成较为纯净的氧化铝层，从而降低氧化铝的备NiCoCrA1Y涂层的试样，其成分为(质量分数，％)：生长速率，最终减缓氧化层的脱落[4】；降低其它元素扩Ni，<30Co，<25CL10Al，1．5Re，0．6Y。而NiPt

5、A1为粘结散的同时，增加Al元素的扩散速率，从而即使在较低层的试样制备方法为：首先在CMSX一4镍基合金基体Al元素浓度情况下，也可以促进氧化铝的快速生长[5J；上电镀约(9士2)m的铂层；然后把样品放入富Al的另外，发现Pt通过稳定．NiA1或者通过影响相关扩散Cr-AI合金粉末、Al的氧化物和卤化物催化剂混合物机制，从而降低涂层中fl-NiAI向)，一Ni3Al转变的速率【6]，中，加热钢制容器时各种物质将发生反应，从而在合金同时Pt增加了等温氧化环境下氧化铝生长速率，并促基体上沉积一层铝化物涂层。在高温低活度渗A1时，进生成。【一A12O3稳定相l。目前针

6、对热障涂层中NiPtA1基体Ni向外扩散，形成表面Pt浓度为5％(质量分数，的氧化行为及其涂层寿命的研究，发现NiPtA1涂层的热下同)的涂层；而低温高活度渗Al时，主要是Al向内膨胀系数(CTE～1．3×10K～，温度范围为400--900℃【8])扩散，形成表面Pt浓度为10％的铂改性铝化物涂层【】”。比MCrAlY的热膨胀系数(CTE～1．8—2．6×10K一，温度接着进行1100℃，2h和820℃，24h的真空(～1mPa)范围为600～1000℃【9】)小，与氧化铝的热膨胀系数热处理；随后进行表面喷砂以消除表面污染物并增加表(CTE～0．7．0．8×1

7、0K-，温度范围为200～1200℃】)面粗糙度；最后保持试样一个侧面的涂层，而另一侧用更为接近。利用Pt效应可以改变MCrA1Y的热障涂层电子束物理气相沉积(EB．PVD)$IJ备YSZ陶瓷层。试样收稿日期：2013．03—20作者简介：宋鹏，男，1979年生，博士，昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明650093，E-mail：peng．s@hotmail．corn·604·稀有金属材料与工程第43卷【2】HouPTolpygoVK．Surface＆CoatingsTechnology[J]，2007，202：623【3】SvenssonH，Christ

8、ensenM，Knuts