DD6单晶高温合金/MCrAlY涂层互扩散行为研究

admin · 发表于 2023-10-11 16:09:54

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热障涂层技术是未来涡轮发动机高温端部件防护涂层技术的发展方向，一般包括起隔热作用的陶瓷层及缓解陶瓷层与基体合金热膨胀不匹配应力、提高基体抗氧化腐蚀性能的粘结层。目前，由于MCrAlY体系合金抗氧化、抗热腐蚀综合性能最好，因此，飞机发动机叶片用的热障涂层大多采用MCrAlY合金体系。但涂层在使用过程中将与镍基高温合金特别是先进的单晶高温合金发生互扩散，在合金基体中形成TCP相和二次反应区(Secondary Reaction Zone, SRZ)的生成，导致合金力学性能的下降。本论文采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）的方法在我国第二代单晶高温合金DD6合金上制备出MCrAlY涂层，并经过不同的中间处理过程，研究其真空扩散行为和抗氧化性能。实验表明，NiCoCrAlY涂层体系中，无论是经表面喷丸还是1050℃真空扩散退火处理100h，DD6合金界面均没有出现再结晶，经过表面喷丸处理的试样经真空扩散退火处理100h后，在涂层/基体界面处有少量针状TCP相析出。NiCrAlYSi涂层体系中，无论表面是否喷丸，经过1050℃真空扩散退火100h后，在NiCrAlYSi/DD6界面附近合金中均形成了15μm左右厚度的再结晶区，但喷丸处理导致再结晶提前发生，并在再结晶区周围生成较多的TCP相，涂层中Al浓度偏高是促使再结晶区形成的主要原因。真空扩散100h过程中，应力是导致NiCoCrAlY涂层/DD6合金界面处组织失稳的主要原因。而在NiCrAlYSi体系中，涂层中Al元素浓度偏高并内扩散是导致NiCrAlYSi/DD6界面处合金发生再结晶的主要原因。NiCoCrAlY和NiCrAlYSi两种涂层在1050℃大气中抗氧化性能达到完全抗氧化级。在1050℃大气中经过500h循环氧化后，NiCoCrAlY涂层表面生成致密的α-Al2O3，同时在涂层/基体界面处生成大量富W、Re的TCP相，没有发生再结晶；NiCrAlYSi涂层表面生成致密的α-Al2O3、Cr2O3及尖晶石，涂层/基体界面除了生成大量富W，Re 的TCP相之外，还发生了再结晶，并且由于Cr的内扩散，在再结晶晶胞内形成了α-Cr，再结晶区附近生成的针状TCP相为P相。

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