高溫防護(hù)涂層進(jìn)展

　　報(bào)告人：王福會(huì)

　　中國(guó)科學(xué)院金屬研究院

　　金屬腐蝕與防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　個(gè)人簡(jiǎn)介：

       中國(guó)科學(xué)院金屬研究所二級(jí)研究員、博士生導(dǎo)師，96年度國(guó)家杰出青年基金獲得者。國(guó)家金屬腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

　　主要從事高溫腐蝕與表面工程研究。中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)第二屆青年工作委員會(huì)主任、中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)高溫專業(yè)委員會(huì)主任、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì)副主任委員、《腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》主編。2008年被聘為國(guó)際高溫腐蝕與防護(hù)會(huì)議顧問委員 。

　　需求：航空發(fā)動(dòng)機(jī)

　　發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)之一是高的渦輪前進(jìn)口溫度

　　金屬涂層：涂層與基體合金完全不同
 

　　存在問題：

　　1.表面氧化消耗導(dǎo)致涂層性能退化

　　2.界面擴(kuò)散嚴(yán)重影響基體力學(xué)性能

一、高溫合金納米晶涂層

　　2010年度遼寧省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)

鑄造合金：形成Cr₂O₃                            膜納米晶：形成Al₂O₃膜

 

　　提出了“高溫合金通過納米化實(shí)現(xiàn)自防護(hù)”的新概念

二、Cr-Al-Y共沉積涂層
 

　　目的：

　　• 研制新型涂覆技術(shù)，用于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的三聯(lián)葉片，既保持抗燃?xì)飧g性能，又改善涂層均勻性#p#副標(biāo)題#e#

　　性能：

　　• 良好均勻性

　　• 抗熱腐蝕

　　制備工藝
 

　　1.噴涂Y料漿

　　2.Y-Cr共滲:含Cr粉末包埋熱擴(kuò)散

　　3.二次滲鋁:FeAl粉末包埋熱擴(kuò)散

1000℃×4h、1200℃×4h 滲Cr涂層

　　二次離子質(zhì)譜儀結(jié)果：

　　• 肯定了Y在涂層中的存在

　　•Y含量由外到內(nèi)指數(shù)遞減

CrAlY涂層外層厚約40-50μm

1050℃×60 min 1000℃×4 h

　　高溫氧化結(jié)果(1000℃)

#p#副標(biāo)題#e#

恒溫氧化截面形貌(300h)

K417G:NiO (NiCr₂O₄) + NiO(TiO₂) + Al₂O₃
NiCrAlY: Al₂O₃膜


　　K438: Cr₂O₃ (NiCr₂O₄) + NiO(TiO₂) + Al₂O₃
NiCrAlY: Al₂O₃

氧化膜斷口形貌

　　稀土Y的REE作用：提高了氧化膜的粘附性

　熱腐蝕實(shí)驗(yàn)(Na₂SO₄/K₂SO₄)

　　K417G合金與涂層試樣熱腐蝕動(dòng)力學(xué)和宏觀形貌

　　K417G: 20h

　　NiCrAlY ：200h

　　利用Cr-Al-Y共沉積制備NiCrAlY涂層

　　• 良好均勻性

　　• 抗熱腐蝕

　　• 抗高溫氧化

三、擴(kuò)散障涂層

　　涂層與合金基體元素互擴(kuò)散產(chǎn)生二次反應(yīng)區(qū)，形成TCP有害相，嚴(yán)重影響基體力學(xué)性能

　　必須設(shè)計(jì)具有阻擴(kuò)散功能的金屬/金屬涂層界面

　　涂層設(shè)計(jì)的思想

　　J_Ni=C_Ni D_(barrier)δC_Ni/δX

　　1.在該層中元素?cái)U(kuò)散速率慢#p#副標(biāo)題#e#

　　2.化學(xué)相容性

　　3.熱力學(xué)穩(wěn)定

　　4.與合金及涂層結(jié)合力

　　5.界面處機(jī)械性能

　　Ⅰ：τ₃-NiTi₂Al₃+TiAl
　　Ⅱ：τ₃-NiTi₂Al₃
　　Ⅲ： τ₄-Ni₂TiAl
　　Ⅳ：γ'-Ni₃Al

　　TiAl/NiCrAlY 1000^OC退火不1h結(jié)果



TiAl/NiCrAlY 1000^OC退火100h結(jié)果



TiAl/Cr₂O₃/NiCrAlY體系200hrs@1000 ℃

　　TiAl/Cr₂O₃/NiCrAlY體系100hrs@1000 ℃EPMA結(jié)果

　　

氧化物分解壓

　　TiAl/YSZ/NiCrAlY體系100h@1000 ℃

#p#副標(biāo)題#e#

　　“活性”擴(kuò)散障
 

　　• 金屬擴(kuò)散障結(jié)合力好，阻擋擴(kuò)散弱

　　• 氧化鋁擴(kuò)散障阻擋擴(kuò)散強(qiáng)，結(jié)合力差
 

四、金屬搪瓷復(fù)合涂層
 

　　添加金屬：提高熱膨脹系數(shù)

　　增加結(jié)合強(qiáng)度

　　1000OC水淬100次結(jié)合非常好
 

　　納米金屬顆粒顯著提高熱膨脹系數(shù)

　　

　　熱腐蝕 850℃，25％NaCl+75％Na₂SO₄
 

　　

　　空氣噴涂+高溫處理SKE-8涂層(金屬搪瓷)

總結(jié)

　　一、高溫合金納米涂層解決了傳統(tǒng)涂層的脆性和互擴(kuò)散兩大問題。#p#副標(biāo)題#e#

　　二、 Cr-Al-Y共沉積涂層可以解決復(fù)雜形狀葉片的均勻性問題。

　　三、 8wt%Y₂O₃+ZrO₂(YSZ)為最好的活性擴(kuò)散。

　　四、金屬復(fù)合搪瓷在很多高溫部件上有廣泛的應(yīng)用前景。

結(jié)束語

　　中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)新一屆理事會(huì)，在陳光章理事長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)下、李曉剛秘書長(zhǎng)為首的秘書處的努力下、全國(guó)腐蝕界的大力支持下、把大專院校和科研院所與企業(yè)很好地融合在一起，使腐蝕的科學(xué)研究走向了一條正確的路線，中國(guó)的腐蝕與防護(hù)研究一定會(huì)有光輝的未來!

　　呼吁：全國(guó)腐蝕界進(jìn)一步團(tuán)結(jié)起來，在各種計(jì)劃(人才、自然科學(xué)基金)評(píng)審中互相支持，并特別關(guān)注40歲以下的年輕一代(80-90后)，希望在這一代上盡快培養(yǎng)出領(lǐng)軍人物，使中國(guó)的腐蝕與防護(hù)事業(yè)再上一個(gè)新臺(tái)階!