水气对高Al含量合金氧化行为影响的研究

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雅宝题库解析：
空气中的水气和燃油燃烧产生的水气导致了发动机叶片材料的服役环境包含有大量的水气。目前，国外已有研究表明，水气对一些叶片材料的高温氧化行为产生了显著的影响，但在国内，有关水气对叶片材料高温氧化行为的研究一直比较缺乏。针对这一情况，本论文就水气对高Mo含量Ni3Al基金属间化合物（IC6）、抗高温氧化性能优良的NiAl合金、耐腐蚀型CoCrAlY/YSZ热障涂层的高温氧化行为影响进行了研究。搭建了可控气氛高温氧化测试平台，实现了对水气分压和氧分压的控制和监测，水气分压可以控制在0.03atm~0.6atm之间，氧分压可以控制在8×10-12atm~0.21atm之间。研究了高Mo含量Ni3Al基合金在氧气(20%O2+Ar)和氧气+水气(15%H2O + 20%O2 + Ar)中的氧化行为，提出了Ni3Al基合金的氧化机制。在950℃时，Ni3Al基合金在两种气氛中氧化都形成了多层结构的氧化膜，即外层NiO+混合氧化物层(NiAl2O4, NiMoO4)+内氧化层Al2O3，但是在氧气+水气中形成的混合氧化物层含Mo量要低于在氧气中形成的混合氧化物层。Ni3Al基合金在800℃也表现出了相同的氧化行为。而Ni3Al基合金在1100℃纯水气中氧化生成了连续致密的氧化铝层。研究了抗高温氧化性能优良的NiAl合金在氧气和氧气+水气中的氧化行为，发现了水气能促进θ-Al2O3向α-Al2O3的转变，提出了θ-Al2O3向α-Al2O3转变的原子模型。在1100℃时，NiAl在两种气氛中都形成了α-Al2O3，水气对α-Al2O3膜的生长影响不大。在950℃时，NiAl在氧气中氧化15min时，表面只形成了θ-Al2O3，氧化120min后形成了θ-和α-Al2O3；而NiAl在氧气+水气中氧化15min时，表面就形成了θ-和α-Al2O3，氧化120min后只形成了α-Al2O3。这可能是因为溶解到θ-Al2O3晶体中的氢缺陷促进了Al和O的协同运动导致了θ-Al2O3向α-Al2O3的相变。采用掺杂Cr和Hf的方法，提高了NiAl合金950℃在氧气中的抗氧化性能，发现分别掺杂了0.5%(wt.%)的Hf和1%(wt.%)的Cr能降低NiAl合金在干燥氧气和水气中的氧化速率。掺杂1%(wt.%) Cr的NiAl合金在两种气氛中分别氧化15min后都形成了大量的α-Al2O3和少量的θ-Al2O3。掺杂Cr促进了干燥氧气中θ-Al2O3向α-Al2O3的转变；而NiAl-0.5Hf在氧气中氧化15min时，表面依旧只形成了θ-Al2O3，但在氧气+水气中氧化15min时，表面形成了θ-和α-Al2O3，这与未掺杂的NiAl合金的氧化行为相似。研究了耐腐蚀型CoCrAlY/YSZ热障涂层在氧气和氧气+水气中的氧化行为，发现水气促进了尖晶石相在陶瓷层/粘结层界面处的形成，提出了水气对热障涂层氧化行为的影响机制。热障涂层在1100℃两种气氛中静态氧化168h后，在陶瓷层/粘结层界面处都形成了双层结构的热氧化生长物层（TGO），即外层细小的近似等轴晶结构+内层α-Al2O3柱状晶结构。在氧气中氧化形成的TGO外层细小等轴晶层由t-ZrO2和α-Al2O3组成；而在氧气+水气中氧化形成的TGO外层细小等轴晶层由t-ZrO2、α-Al2O3和尖晶石相组成。