激光熔覆球磨NiCrAlY涂層微結(jié)構(gòu)特征及抗高溫氧化與耐蝕性能的研究.pdf

1、相比于等離子噴涂、電子束-物理氣相沉積等工藝而言,采用激光熔覆的方法制備NiCrAlY涂層,具有稀釋率低、與基材呈結(jié)合強度高的冶金結(jié)合、組織細小、無氣孔及優(yōu)異的抗高溫氧化性能等優(yōu)點,在飛機發(fā)動機熱端部件的表面強化與修復領域中具有良好的應用前景。目前,激光熔覆 NiCrAlY涂層通常使用是適用于熱噴涂工藝(等離子噴涂與HVOF)的合金粉末,由于激光熔覆快速加熱與快速凝固的特點,制備的 NiCrAlY涂層易開裂、抗氧化性能有待進一步提高。為

2、了制備適用于激光熔覆工藝特點的 NiCrAlY粉末,減少涂層開裂等問題,本文采用高能球磨工藝制備了NiCrAlY合金粉末,對球磨后的NiCrAlY粉末進行了粒徑、形貌等分析,對激光熔覆球磨 NiCrAlY涂層進行了顯微結(jié)構(gòu)、抗高溫氧化性能與耐蝕性能的研究,得到的主要結(jié)果如下:
　　隨著球磨時間的增加,NiCrAlY粉末粒徑先減小后增加,殘余的Al含量逐漸減小,相應的DTA曲線吸熱峰面積減少,表明NiCrAlY粉末的合金化程度增加。

3、因此,提出了半定量評價球磨 NiCrAlY粉末機械合金化程度的公式:100％00??D? S S S i。對Ni-Al系統(tǒng)的吉布斯自由能進行了計算,結(jié)果表明在機械合金化過程中優(yōu)先生成Ni3Al,其次是NiAl,與球磨NiCrAlY粉末的X-射線衍射分析結(jié)果一致。另外,提出了NiCrAlY粉末機械合金化過程的模型。
　　對于激光熔覆未球磨 NiCrAlY涂層,從涂層與基材的結(jié)合處向涂層表面基本按照平面狀晶→胞狀晶→樹枝狀晶→等軸晶的

4、方式凝固;NiCrAlY粉末經(jīng)過球磨后,制備的激光熔覆 NiCrAlY涂層無氣孔與無裂紋,顯微組織主要由平面晶、柱狀晶、少量的等軸晶組成。當球磨時間為25 h時,NiCrAlY粉末達100%機械合金程度,粉末顆粒的晶體中位錯、空位數(shù)量增加到最多且晶體呈多面性,激光熔覆過程中易將激光折射,使得粉末吸收激光能量增加,熔池溫度升高,溫度梯度增加,有利于粗化晶體尺寸與抑制柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變(columnar to equiaxed trans

5、ition,CET),從而獲得了更多的柱狀晶結(jié)構(gòu)。
　　相對于具有多晶結(jié)構(gòu)的激光熔覆未球磨 NiCrAlY涂層而言,具有較多柱狀晶結(jié)構(gòu)的激光熔覆球磨NiCrAlY涂層在高溫氧化過程中能夠降低合金元素如Al、Cr與Ni的擴散通道。因此,NiCr5AlY和NiCr10AlY兩種粉末在球磨達到100%的機械合金化程度后,對應的激光熔覆涂層的抗高溫氧化性能達到最優(yōu),抗高溫氧化性能的提高比例達到最大,表明球磨工藝有利于提高激光熔覆 NiCr

6、AlY涂層的抗高溫氧化性能。另外,建立了激光熔覆 NiCrAlY涂層的高溫氧化擴散模型,分析了氧化物形成的順序為θ-Al2O3→α-Al2O3、Cr2O3與尖晶石結(jié)構(gòu)NiCr2O4。
　　通過對激光熔覆 NiCr5AlY和 NiCr10AlY兩種涂層進行電化學實驗,結(jié)果表明:激光熔覆球磨NiCrAlY涂層的抗電化學腐蝕性能比激光熔覆未球磨NiCrAlY涂層的差;另外,激光熔覆球磨與未球磨 NiCrAlY涂層的抗電化學腐蝕性能差于高