鋁化物涂層拓?fù)涿芘畔嗟难芯窟M(jìn)展

黃良陽   齊浩雄   馬瑞   孟國輝   劉梅軍   楊冠軍

西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實驗室

摘要

鋁化物涂層因其良好的抗高溫氧化能力而被應(yīng)用于航機(jī)和燃機(jī)葉片的高溫防護(hù)。在涂層制備與服役過程中，涂層與基體元素互擴(kuò)散，使基體的相結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致在涂層/基體界面形成互擴(kuò)散區(qū)(IDZ),并析出富含Re、W、Cr、Mo等元素的細(xì)小拓?fù)涿芘畔?TCP相)。TCP相的析出導(dǎo)致固溶強(qiáng)化效果減弱，同時作為一種脆性相促進(jìn)了裂紋的產(chǎn)生，此外，互擴(kuò)散區(qū)的形成減小了基體的承載面積，導(dǎo)致基體的高溫蠕變性能下降。針對涂層TCP相的析出及IDZ的形成機(jī)理進(jìn)行了介紹，分析了TCP相的類型(σ相、μ相、P相)、特點(diǎn)及對基體性能的危害。添加鉑族改性元素和預(yù)沉積Ni層是抑制TCP相析出的主要方法，添加改性元素可以增大固溶元素的固溶度，并抑制TCP相的生長和成核，而預(yù)沉積Ni層可以減小固溶強(qiáng)化元素的擴(kuò)散。最后，展望了未來可通過添加多元改性元素或元素改性與預(yù)沉積Ni相結(jié)合的方法來抑制鋁化物涂層TCP相的析出。

部分重點(diǎn)目錄結(jié)構(gòu)

1 拓?fù)涿芘畔嗟奈龀黾盎U(kuò)散區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)的形成

1.1 涂層拓?fù)涿芘畔嗟奈龀黾盎U(kuò)散區(qū)的形成

1.2 二次反應(yīng)區(qū)的形成

2 析出拓?fù)涿芘畔嗟念愋图拔：?/span>

2.1 析出拓?fù)涿芘畔嗟念愋?/span>

2.2 析出拓?fù)涿芘畔嗟奈：?/span>

3 抑制拓?fù)涿芘畔辔龀龅拇胧?/span>

3.1 Ru改性

3.2 Pt改性

3.3 Ir改性

3.4 Pd改性

3.5 預(yù)沉積Ni層

論文配圖

鋁化物涂層元素互擴(kuò)散導(dǎo)致TCP相析出及IDZ與SRZ相形成

典型鎳基高溫合金γ-Ni/γ′-Ni3Al兩相共格結(jié)構(gòu)

鎳基單晶合金滲鋁后的截面結(jié)構(gòu)

SRZ從涂層中形核生長

TCP相終止于γ相

IDZ與SRZ處發(fā)生斷裂

涂層樣品1 100 ℃真空中退火100 h后橫截面的BSE形貌

Pt改性γ-γ′涂層的微觀結(jié)構(gòu)

涂層橫截面微觀結(jié)構(gòu)的SEM形貌

900 ℃下等溫氧化1 000,2 000 h簡單鋁化物涂層與Pd改性鋁化物涂層的微觀結(jié)構(gòu)

涂層/基體系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)

結(jié)論和展望

結(jié)論：

(1)鋁化物涂層制備期間，涂層元素(Al)與基體元素(Ni、Re、W、Cr、Mo等)發(fā)生互擴(kuò)散，相結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，在涂層/基體界面形成IDZ,并析出細(xì)小的片狀或顆粒狀的TCP相。服役期間繼續(xù)元素互擴(kuò)散在IDZ下方形成SRZ,并析出長針尖狀的TCP相；

(2)TCP相常見類型為σ相、μ相和P相，析出消耗了基體的固溶強(qiáng)化元素，導(dǎo)致基體強(qiáng)度降低；并且TCP相均為脆性相，促進(jìn)了裂紋生成和擴(kuò)展。IDZ和SRZ的形成減少了合金承載面積，降低了基體的蠕變性能；

(3)采用添加鉑族改性元素和預(yù)沉積Ni層抑制了TCP相的析出。添加改性元素可以增大固溶強(qiáng)化元素的固溶度并且可以抑制TCP相的生長速率和成核速率；通過預(yù)沉積Ni層可以抑制固溶強(qiáng)化元素向外擴(kuò)散的通量，減小元素的析出及TCP相的形成。

展望：

(1)添加多元共改性元素。目前已有雙元共改性元素的研究，其抑制效果優(yōu)于單一改性，故可實現(xiàn)添加多元共改性元素來提高抑制效果；

(2)實現(xiàn)改性元素添加和預(yù)沉積Ni層的結(jié)合，減小固溶強(qiáng)化元素的析出的同時，增大元素的固溶度，從而抑制TCP相的析出。

引文格式

黃良陽，齊浩雄，馬瑞，孟國輝，劉梅軍，楊冠軍. 鋁化物涂層拓?fù)涿芘畔嗟难芯窟M(jìn)展[J]. 材料保護(hù), 2024, 57(02): 98-107.

HUANG Liangyang, QI Haoxiong, MA Rui, MENG Guohui, LIU Meijun, YANG Guanjun. Research Progress on Topologically Close-Packed Phases of Aluminide Coatings[J]. Materials Protection, 2024, 57(02): 98-107.

DOI: 10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0039