1Cr11MoNiW1VNbN不銹鋼Al-Si涂層組織結構及抗高溫氧化性能研究.pdf

1、為滿足超超臨界汽輪機葉片的工況需求,本文采用料漿法在1Cr11MoNiW1VNbN不銹鋼表面制備了Al-Si涂層。依據(jù)GB/T13303-91《鋼的抗氧化性能測定方法》和HB5258-2000《鋼及高溫合金的抗氧化性能測定試驗方法》標準,對制備Al-Si涂層的試樣和無涂層試樣制定了高溫氧化試驗:溫度為700℃、保溫時間為1000h的恒溫氧化試驗;溫度為700℃、冷熱循環(huán)11次的循環(huán)氧化試驗。利用掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射

2、線衍射儀(XRD)等分析檢測手段對Al-Si涂層的表面形貌、成分、組織結構及涂層開裂和剝落的成因進行了分析和研究。
　　 制備的Al-Si涂層分為外層、金屬間化合物層和過渡層三層。外層富鋁層的厚度約為8μm,主要成分是α-Al和少量的FeAl3相;金屬化合物層的厚度約為16μm,主要成分為Fe2Al5相;過渡層約為14μm,因接近基體組織以α-Fe和Fe2Al相為主。金屬化合物層是抗高溫氧化的有效保護層,該層致密、厚度均勻、與基

3、體結合界面平整且結合良好。
　　 試驗結果表明,Al-Si涂層700℃恒溫氧化1000h表面形成致密、連續(xù)的α-Al2O3保護性氧化膜。氧化初期生成PBR＞1的FeAl2O4和FeO氧化物導致膜內(nèi)產(chǎn)生的壓應力,后期階段氧化膜由θ-Al2O3向α-Al2O3轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的拉應力,以及涂層內(nèi)的孔洞均會造成表面氧化膜開裂和剝落。但是涂層由FeAl3相、Fe2Al5相向FeAl相的轉(zhuǎn)變,可以為表層提供足夠的Al元素來不斷形成Al2O3氧化

4、膜,涂層具有良好的自修復能力。涂層中的Si元素可以有效控制脆性相Fe2Al5的生長,改善Al2O3氧化膜塑性,促進β相向γ'相的轉(zhuǎn)變,降低滲鋁層的脆塑性轉(zhuǎn)變溫度,增強滲層的吸附能力;Si與合金元素生成的第二相能有效阻礙涂層與基體元素的互擴散,提高涂層的抗高溫氧化性能。
　　 依據(jù)GB/T13303-91和HB5258-2000標準對Al-Si涂層和無涂層試樣進行高溫氧化性能評定:無涂層試樣為抗氧化等級,Al-Si涂層屬于完全抗氧