新型高温合金K447A表面抗高温氧化渗AlSi涂层
2016-02-02 09:48:38
作者：本网整理来源：
1、引言
应用于航空发动机涡轮叶片的高温合金材料需承受严酷的服役环境，为了提高材料的使用寿命，使用时通常采用高温防护涂层技术。目前，铝化物涂层广泛应用于航空发动机涡轮叶片，该类涂层包括简单型铝化物涂层和改进型铝化物涂层两类。改进型铝化物涂层是在简单铝化物涂层中加入少量Si、Cr或贵金属Pt等元素，以提高涂层的高温防护性能。
铝化物涂层涡轮叶片
K447A镍基高温合金为近年来国内自主研发的航空发动机叶片用材料，已用于制造某型国产APU高压涡轮导向叶片，同时该材料也可用于制造工业重型燃气轮机涡轮叶片。本文利用渗AlSi涂层提高K447A镍基高温合金表面的抗高温氧化性能，各项涂层表面形貌和性能试验结果表明涂层具有优异的抗高温氧化性能，为K447A材料的工程应用提供指导。
2、氧化动力学及抗氧化性能分析
AlSi涂层试样400h的氧化动力学曲线，总体符合抛物线规律。试样氧化进程总体可以分为三个阶段：
第一阶段（0～100h）为氧化初始阶段，表面开始形成Al2O3氧化膜，氧化速率较高；
第二阶段（100h～200h）为氧化稳定阶段，连续致密的α-Al2O3氧化膜完全形成，有效阻碍了外界的氧通过氧化膜向基体扩散；
第三阶段（200h～400h）氧化速率重新出现增长趋势，这是由于涂层在高温环境下，随着保温时间的延长，表面氧化膜逐渐增厚，涂层生长应力增加，导致涂层局部产生微裂纹甚至脱落，内层的Al持续扩散至表面形成新的Al2O3氧化膜。根据HB5258-2000标准，K447A合金渗AlSi涂层后在1050℃下恒温氧化400h，其氧化速度为0.086g/（m2?h），属于完全抗氧化级。
由元素面分布可知，涂层中的Si元素主要在内层富集，AlSi涂层中的Si明显向内扩散而在内层形成峰值，即硅富集在内层的碳化物中，它们对涂层元素和基体元素之间的互扩散起一定的阻碍作用，这种阻碍作用有利于延长涂层的使用寿命。据研究结果[7]认为，AlSi涂层中Si通过与W、Mo元素结合成第二相，能够起到使W、Mo固结在涂层内层的作用。因此，内层保持足够高的硅含量可以使涂层获得更佳的抗氧化性能。
3、 结论
1）采用无机盐料浆法在K447A合金表面制备的AlSi涂层厚度均匀，组织结构致密，为典型的低活性渗铝组织；外层富Si，有利于提高涂层的抗高温氧化性能。
2）K447A合金表面制备的AlSi涂层经1050℃、400h高温氧化，其氧化动力学曲线遵循抛物线规律，氧化级别属于完全抗氧化级。
3）K447A合金表面制备的AlSi涂层经1050℃、400h高温氧化后改变了Si在涂层中的存在形式和分布状态，在内层形成了大量硅化物屏障层，有利于提高涂层的抗高温氧化性能。
4）K447A合金表面制备的AlSi涂层经1050℃、400h高温氧化后在涂层与基体界面形成了针状相。这些针状相在合金发生蠕变位错移动时，易在针状相的边缘产生位错空穴，形成蠕变裂纹的起源。
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