第八章 高温耐蚀涂层教学教材.ppt

第八章 高温耐蚀涂层 第八章 高温耐蚀涂层 1、NaCl+ S +2/3O2+H2O →Na2SO4+HCl 2、S→内渗（扩散) 与Cr →形成CrS，叶片表面因贫Cr而形成Ni、Cr混合氧化物，抗氧化能力远远低于Al2O3。 热腐蚀（沉积物腐蚀） NaCl来自空气 以及燃油的污染物 1.发动机热端部件延长寿命改善性能的途径 ☆ 提采用冷却技术（可使工件表面温度最大降低230℃） ☆ 提高材料的高温强度（W和Mo%↑，Cr%↓） ☆ 使用涂层技术—热障涂层， 高性能航空发动机高压涡轮叶片技术的三大关键技术—— 热障涂层技术、高温结构材料、高效叶片冷却技术 第八章 高温耐蚀涂层 有一定的隔热作用，可以降低基 体合金的表面温度，接近采用冷 却技术的效果而不消耗空气。 2.对高温耐蚀涂层的要求 根据发动机热端部件的工作环境，高温涂层应尽可能满足以下要求： 第八章 高温耐蚀涂层 （1）优良的抗高温腐蚀性能。 （2）涂层与基体有很好的结合力。 （3）较长的保护寿命。 （4）一定的延性。 （5）较好的抗磨蚀－氧化和磨蚀－热腐蚀性能 （6）涂层薄、均匀、重量轻。 （7）工艺简单、重现性好、成本低。 3.高温耐蚀涂层的分类 （1）按涂层形成工艺划分则可分为 固渗、热浸、电镀、热喷涂、气相沉积等。 （2）按涂层--基体互扩散程度，则可分为 第八章 高温耐蚀涂层 扩散涂层 包覆涂层 隔热涂层 （或称热障涂层） 陶瓷+中间连接层 第四代 MCrAlX系 第三代 渗铝层改型Al-Cr，Al-Si，Al-Pt 第二代 渗铝层 第一代 4.涂层系统原理 4.1 涂层系统分析 高温合金的防护涂层有五种类型： 1、形成致密氧化膜的金属间化合物 高温合金铝化物涂层：NiAl和CoAl → Al2O3 富铬化合物涂层 → Cr2O3 2、形成玻璃质氧化物层的金属间化合物 难熔合金（钼、钨、铌等）与硅生成的化合物 Mo、W、Nb + Si → MoSi → SiO2（使用于较低温度） 第八章 高温耐蚀涂层 温度高于900℃时 转化为CrO3 易挥发。 3、形成致密氧化膜的合金涂层 抗氧化的镍基和钴基合金为基础形成致密氧化物（NiCr2O4、CoCr2O4），以及MCrAlY合金涂层。 4、不与周围介质反应或者反应极慢，形成挥发性氧化物的贵金属与合金 主要是铂和铌，用于防护难熔金属材料、钛合金（机械隔离） 5、本身起机械阻挡层作用的稳定氧化物 保护原理：扩散离子扩散路程最大，易开裂和剥落 第八章 高温耐蚀涂层 高温合金的防护涂层有五种类型： 4.2 涂层性能的限制因素 1.涂层与基体互反应 第八章 高温耐蚀涂层 涂层与基体的互扩散性能与涂层和基体中元素有密切关系。以NiAl相铝化物涂层为例，镍基合金的NiAl相涂层与基体的交界处将产生CrNi相沉淀，它起到阻碍NiAl相与基体互扩散的作用，称为扩散障。 涂层中元素 损失的途径 涂层/介质界面：向外 扩散，生成腐蚀产物。 涂层/基体界面：向合 金内扩散。 5.高温涂层的形成机理 5.1 扩散型涂层—渗铝涂层 第八章 高温耐蚀涂层 溶质金属粉末 （Al粉或铝铁粉） 填充料:Al2O3（防 止金属粉末产生烧 结成块）。 活化剂：一般是NH4+的卤化物。 常用NH4Cl，加速被渗元素的 扩散速度。 工艺过程：  1. NH4Cl高温分解出Cl 2. Cl与铝形成AlCl3和AlCl 3. 3AlCl ? AlCl3＋Al （1）向外生长型 ★ 在纯Ni表面渗铝 特点： 1.原始界面对应NiAl/Ni界面 2.镍侧产生Kirkendall效应留下 的孔洞 3.填料颗粒Al2O3会镶嵌到NiAl 相中 第八章 高温耐蚀涂层 ★ Ni基合金表面渗铝 第八章 高温耐蚀涂层 外层：来自渗剂的Al与 来自基体的Ni，在高温 下形成NiAl相， 即Ni+Al→β- NiAl 内层：基体中Ni向外扩散， 造成Al浓度升高同时导致 Ni浓度下降，而形成富Ni 的NiAl相。 镍基合金向外生长型涂层结构示意图 5.1扩散型涂层—渗铝涂层 外层：Ni+Al→NiAl Ni来源于合金，Al来源于渗剂，形成富Al的NiAl。 内层：Ni → NiAl(富镍)＋沉淀 第八章 高温耐蚀涂层 特点： 1.原始界面位于渗层