第八章-高温耐蚀涂层.ppt
- 文档编号:18804800
- 上传时间:2023-11-24
- 格式:PPT
- 页数:26
- 大小:1.71MB
第八章-高温耐蚀涂层.ppt
《第八章-高温耐蚀涂层.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第八章-高温耐蚀涂层.ppt(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第八章高温耐蚀涂层,第八章高温耐蚀涂层,1、NaCl+S+2/3O2+H2ONa2SO4+HCl2、S内渗(扩散)与Cr形成CrS,叶片表面因贫Cr而形成Ni、Cr混合氧化物,抗氧化能力远远低于Al2O3。
热腐蚀(沉积物腐蚀),NaCl来自空气以及燃油的污染物,1.发动机热端部件延长寿命改善性能的途径,提采用冷却技术(可使工件表面温度最大降低230)提高材料的高温强度(W和Mo%,Cr%)使用涂层技术热障涂层,,高性能航空发动机高压涡轮叶片技术的三大关键技术热障涂层技术、高温结构材料、高效叶片冷却技术,第八章高温耐蚀涂层,有一定的隔热作用,可以降低基体合金的表面温度,接近采用冷却技术的效果而不消耗空气。
2.对高温耐蚀涂层的要求,根据发动机热端部件的工作环境,高温涂层应尽可能满足以下要求:
第八章高温耐蚀涂层,
(1)优良的抗高温腐蚀性能。
(2)涂层与基体有很好的结合力。
(3)较长的保护寿命。
(4)一定的延性。
(5)较好的抗磨蚀氧化和磨蚀热腐蚀性能(6)涂层薄、均匀、重量轻。
(7)工艺简单、重现性好、成本低。
3.高温耐蚀涂层的分类,
(1)按涂层形成工艺划分则可分为固渗、热浸、电镀、热喷涂、气相沉积等。
(2)按涂层-基体互扩散程度,则可分为,第八章高温耐蚀涂层,扩散涂层,包覆涂层,隔热涂层(或称热障涂层),陶瓷+中间连接层第四代,MCrAlX系第三代,渗铝层改型Al-Cr,Al-Si,Al-Pt第二代,渗铝层第一代,4.涂层系统原理,4.1涂层系统分析高温合金的防护涂层有五种类型:
1、形成致密氧化膜的金属间化合物高温合金铝化物涂层:
NiAl和CoAlAl2O3富铬化合物涂层Cr2O32、形成玻璃质氧化物层的金属间化合物难熔合金(钼、钨、铌等)与硅生成的化合物Mo、W、Nb+SiMoSiSiO2(使用于较低温度),第八章高温耐蚀涂层,温度高于900时转化为CrO3易挥发。
3、形成致密氧化膜的合金涂层抗氧化的镍基和钴基合金为基础形成致密氧化物(NiCr2O4、CoCr2O4),以及MCrAlY合金涂层。
4、不与周围介质反应或者反应极慢,形成挥发性氧化物的贵金属与合金主要是铂和铌,用于防护难熔金属材料、钛合金(机械隔离)5、本身起机械阻挡层作用的稳定氧化物保护原理:
扩散离子扩散路程最大,易开裂和剥落,第八章高温耐蚀涂层,高温合金的防护涂层有五种类型:
4.2涂层性能的限制因素,1.涂层与基体互反应,第八章高温耐蚀涂层,涂层与基体的互扩散性能与涂层和基体中元素有密切关系。
以NiAl相铝化物涂层为例,镍基合金的NiAl相涂层与基体的交界处将产生CrNi相沉淀,它起到阻碍NiAl相与基体互扩散的作用,称为扩散障。
涂层中元素损失的途径,涂层/介质界面:
向外扩散,生成腐蚀产物。
涂层/基体界面:
向合金内扩散。
4.2涂层性能的限制因素,第八章高温耐蚀涂层,涂层缺陷产生,3、氧化膜、涂层和基体力学性能的差异基体涂层氧化膜塑性脆性强度热膨胀系数,2、涂层缺陷,使用过程中:
边缘裂纹、裂缝、组成变化、界面分离。
制备过程中:
金属间夹杂、孔洞、砂粒、内部疏松。
5.高温涂层的形成机理,5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,溶质金属粉末(Al粉或铝铁粉),填充料:
Al2O3(防止金属粉末产生烧结成块)。
活化剂:
一般是NH4+的卤化物。
常用NH4Cl,加速被渗元素的扩散速度。
工艺过程:
1.NH4Cl高温分解出Cl2.Cl与铝形成AlCl3和AlCl3.3AlClAlCl3Al,
(1)向外生长型在纯Ni表面渗铝,特点:
1.原始界面对应NiAl/Ni界面2.镍侧产生Kirkendall效应留下的孔洞3.填料颗粒Al2O3会镶嵌到NiAl相中,第八章高温耐蚀涂层,Ni基合金表面渗铝,第八章高温耐蚀涂层,外层:
来自渗剂的Al与来自基体的Ni,在高温下形成NiAl相,即Ni+Al-NiAl,内层:
基体中Ni向外扩散,造成Al浓度升高同时导致Ni浓度下降,而形成富Ni的NiAl相。
镍基合金向外生长型涂层结构示意图,5.1扩散型涂层渗铝涂层,外层:
Ni+AlNiAlNi来源于合金,Al来源于渗剂,形成富Al的NiAl。
内层:
NiNiAl(富镍)沉淀,第八章高温耐蚀涂层,特点:
1.原始界面位于渗层中间2.不易形成Kirkendall孔洞3.填料颗粒Al2O3只镶嵌在外层,
(2)向内生长型(镍基合金表面),第一阶段:
3Ni+6Al-Ni2Al3+-NiAl3,5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,第二阶段:
-Ni2Al3+Ni3-NiAl,
(2)向内生长型,5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,(3)铝化物涂层的相变失效在高温氧化性介质中,涂/介界面上将发生以下变化1、-NiAl(富Al)-NiAl(富Ni)2、3-NiAl(富Ni)3/2O2-Ni3Al+Al2O3Al2O3的生成不断剥落,导致涂层中Al的浓度急剧下降,导致NiOAl2O3型氧化物产生,即3、2Ni3Al2O2NiOAl2O36Ni(富Al),5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,(3)铝化物涂层的相变失效在涂/介质界面上,铝化物涂层的失效本质:
形成过程可以归纳为:
-NiAl(富Al)-NiAl(富Ni)-Ni3Al-Ni(富Al),5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,铝的不断消耗所造成的,(3)铝化物涂层的相变失效在涂/基界面上,靠近涂层一侧将产生以下转变-NiAl2Ni-Ni3AlNi在长时间高温的条件下,不断向外扩散,即导致-Ni3Al向-Ni(富Al)转变-Ni3AlNi4-Ni(富Al)在涂/基界面靠基体一侧,在高温、长时间的条件下,原来形成的碳化物由于该区域中铝浓度的降低而逐渐球化以至最终溶解,造成涂层失效。
5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,(4)铝化物涂层失效的控制在涂层中尽可能多的储备形成保护性氧化膜的元素,以延长失效的时间。
提高涂/介界面上的稳定性,即提高保护性氧化膜的结合力。
提高涂/基界面上的稳定性。
主要是在涂层中设置“扩散障”,阻止或减少涂层与基体间元素的扩散。
5.1扩散型涂层渗铝涂层,第八章高温耐蚀涂层,在渗Al的填料中,加入其它元素如Cr、Si、Mn等元素,可以改善渗Al涂层的抗剥落性。
减缓涂层/基体的互扩散程度,降低NiAl相脆/塑转变温度,即多元渗铝化物涂层。
常见的有:
AlSi,AlCr,AlMn等。
5.1扩散型涂层多元渗铝化物涂层,第八章高温耐蚀涂层,特点:
涂层成分与结构:
与基体无关,一般由两相组成,(CoAl、NiAl)相(Co、Ni固溶体)相涂层工艺:
物理气相沉积或等离子喷涂,第八章高温耐蚀涂层,5.2覆盖型涂层,MCrAlX系,MCrAlX系,工艺方法:
先利用电泳或电镀方法在零件表面沉积涂层,然后在高温下进行扩散处理。
特点:
工艺简单,成本低。
第八章高温耐蚀涂层,5.3覆盖、扩散混合型涂层,利用激光重熔等技术使合金表面形成微晶层,可以加速被氧化元素沿晶界向外扩散,促使选择性保护氧化膜在被氧化元素含量较低情况下就可形成。
特点:
不改变合金表面成分,仅改变合金的表面结构,使合金抗高温腐蚀性能得到提高。
第八章高温耐蚀涂层,5.4表面结构改性涂层,热障涂层是在MCrAlY涂层上,再用等离子喷涂方法沉积一层300m2mm的氧化物层。
氧化物层一般是以ZrO2为基体,在其中加入一些Y2O3、MgO或CaO提高其稳定性。
失效方法:
MCrAlY涂层与氧化物界面上靠近氧化层的近表面,易于产生疲劳开裂。
第八章高温耐蚀涂层,5.4热障涂层,具有隔热效果(100-300),NiCrAlSiY/YSZ(ZrO2+Y2O3)热障涂层高温氧化,第八章高温耐蚀涂层,(a)原始态(b)50h(c)100h,思考题,1、根据涂层系统原理,说明高温合金的防护涂层有哪些类型?
2、高温涂层按涂/基结合强度可分为试哪几类?
3、分析镍基合金表面渗铝涂层向内和向外生长型的形成机理。
4、铝化物涂层的失效原因是什么?
应采取什么方法进行控制?
第八章高温耐蚀涂层,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第八 高温 涂层