激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层微结构特征与抗氧化性能的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PLF119
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随着科技的发展,航空燃气涡轮机叶片中心区的服务温度已达1150℃以上,军用飞机中燃气涡轮机服役温度甚至超过1600℃。仅靠高温合金材料自身的性能已无法承受如此高的温度,采用MCrAlY粘结层和YSZ陶瓷顶层结构的设计成为目前世界范围内广泛使用的方法。其中MCrAlY(M=Co或/和Ni)既可单独使用作为合金表面的耐热涂层,同时又可作为热障涂层的粘结层。激光熔覆技术制备的MCrAlY涂层被证明有着比等离子喷涂、电子束物理气相沉积技术等制备的涂层组织更为致密,结合强度更高等优点,但是,目前还没有开发专门用于激光熔覆的粉末材料,目前文献报道中几乎都是直接购买热喷涂粉末作为激光熔覆的材料。有鉴于此,本文在开展激光熔覆制备CoNiCrAlY涂层之前对CoNiCrAlY粉末进行了球磨工艺处理,利用CO2激光器和半导体激光器在K438高温合金和A3不锈钢上进行激光熔覆。研究了球磨时间和工艺参数对CoNiCrAlY粒径、显微结构以及抗高温氧化性能的影响,同时对比研究了利用两种激光器在两种基材上熔覆球磨CoNiCrAlY涂层显微结构的差异。得到的结果如下:(1)在球磨30h区间内,CoNiCrAlY粉末粒径在015h、2025h快速减小,并在15h和25h处达到最小值约7um。1520h、2530h粒径增大,但尺寸未超过CoNiCrAlY粉末的原始粒径。(2)球磨的CoNiCrAlY粉末主要有γ相(Co-Ni-Cr形成的固溶体)和γ′-Ni3Al相组成,球磨后γ/γ′相峰值降低。球磨至5h、10h和25h处有NiAl相和Al2O3形成,NiAl相和Al2O3对CoNiCrAlY粉末粒径的减小起阻碍作用。(3)激光熔覆制备球磨CoNiCrAlY涂层中,适当增加激光功率能够使未球磨粉末制备涂层的厚度明显增加,而对球磨后的粉末制备涂层厚度增加不大,未球磨粉末制备涂层的厚度约为球磨后涂层厚度23倍。增加激光功率不能使涂层的宽度增加,涂层宽度主要由激光的光斑大小决定。(4)基材的高温性能影响涂层的宏观质量。相同工艺参数下在高温合金K438上制备球磨CoNiCrAlY涂层的厚度要比A3钢上厚。激光器的类型也会对涂层厚度产生影响,在不发生烧损的前提下,波长短,能量高的激光器有利于涂层的成型。(5)制备球磨CoNiCrAlY涂层时,不同球磨时间、不同制备的工艺参数对球磨CoNiCrAlY涂层的物相种类没有影响,均由α-Co、γ-(Ni,Cr)、γ′-Ni3Al、Cr2Ni3组成。在相同的工艺参数下,随着CoNiCrAlY粉末粒径的减小,γ′-Ni3Al的含量升高,Cr2Ni3含量降低。(6)在1100℃高温氧化下,激光熔覆球磨CoNiCrAlY涂层的氧化动力学曲线符合抛物线规律,球磨10h涂层高温氧化增重相对最低,其余五组球磨时间的抗氧化性能依次为:30h>25h>20h>15h>5h,说明球磨时间与CoNiCrAlY涂层的抗氧化性能呈正相关关系。(7)在球磨5h、10h、15h、20h、25h和30h六组不同球磨时间的CoNiCrAlY涂层中,在1100℃高温氧化后,只有10h的涂层表面氧化层有脱落现象,其他涂层无脱落,且表面平滑,具有金属光泽。(8)不同球磨时间的CoNiCrAlY涂层氧化后的氧化产物均由CoO、Al2O3、Cr2O3、γ-(Ni,Cr)、NiCr2O4、Ni3Al以及NiO组成,并且随着球磨时间的增加,Al2O3和Cr2O3含量逐步减少。
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