發(fā)布時間：2017-12-24 15:40

  本文關鍵詞：HVOF噴涂Co基合金涂層的制備及其高溫氧化和磨損行為研究　出處：《鋼鐵研究總院》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： Co基合金涂層 HVOF噴涂 靜態(tài)高溫氧化 涂層失效機制 高溫微動磨損

【摘要】：Co基合金涂層廣泛應用于航空發(fā)動機多個零部件表面的強化。隨著發(fā)動機工作效率的提高,渦輪進口溫度升高,工作壓力加大,涂層需要在更高溫度、更重載荷的環(huán)境下工作,其應用性能面臨嚴峻的考驗,在服役過程中存在著因使用溫度升高而引起的過早失效現(xiàn)象,嚴重影響了飛行安全。因此開發(fā)新的涂層材料和先進的涂層制備技術以提高涂層在高溫下的使用壽命對現(xiàn)代航空發(fā)動機整體性能的提升具有重要意義。本文通過提高現(xiàn)有Co基涂層中的Cr含量和添加活性元素Y,設計制備了兩種新型Co基合金涂層材料,采用正交試驗法獲得了優(yōu)化的HVOF噴涂工藝,系統(tǒng)研究了 Co基合金涂層的抗高溫氧化和高溫微動磨損行為。建立了在800～1000℃、300小時范圍內涂層氧化的動力學模型,闡明了 Cr和Y對涂層抗高溫氧化行為的影響機制,揭示了涂層靜態(tài)高溫氧化動力學規(guī)律和氧化失效機制。具體的研究結論如下:采用優(yōu)化的HVOF工藝制備的涂層顯微結構致密均勻,孔隙率1%,不存在大孔徑孔隙、垂直裂紋和平行裂紋,氧化物夾雜含量1%。Cr含量的提高或活性元素Y的添加未對涂層的顯微硬度和結合強度產生不利影響,涂層的顯微硬度(HV200)≥700,結合強度≥70MPa;涂層孔隙率對硬度和結合強度有明顯影響,當孔隙率由8%降低至0.5%時,涂層的顯微硬度由507升高至705,結合強度由51.5MPa 升高至 71.9MPa。Co-XY-1 和 Co-XY-3 涂層在 800-900℃ 以及 Co-XY-2 涂層在 800-1000℃ 的氧化動力學曲線指數(shù)因子n≥2,氧化速率隨時間的延長而明顯降低,涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能;在950℃和1000℃,Co-XY-1和Co-XY-3涂層氧化過程中氧化膜剝落嚴重,氧化動力學曲線介于直線和平方拋物線規(guī)律之間。Cr含量的增加可縮短初始氧化和穩(wěn)定氧化之間的時間間隔,降低涂層的氧化速率,提高氧化膜中Cr203的純度;Y的加入改變了 Cr203膜的生長機制,降低了形成完整Cr203膜的臨界鉻含量,提高了氧化膜的粘附性能,兩者均有利于改善涂層的抗高溫氧化性能。元素Y的添加不僅降低了涂層的氧化速率,而且增強了氧化膜的抗剝落性能,對抗高溫氧化性能的改善作用優(yōu)于Cr含量的提高。氧化過程中涂層外側存在不同程度的Cr元素貧化現(xiàn)象,其中以Co-XY-3涂層最重,Co-XY-2涂層最輕。隨著氧化時間延長和溫度升高,貧化程度增加;氧化膜破損后,涂層表面Cr的貧化程度均明顯增強。涂層表面的氧化和Cr的貧化是涂層退化并最終失效的主要原因。涂層失效的突破口在于初生氧化膜的局部破損,外表面由于Cr的貧化而無法阻礙Co元素的快速氧化,涂層向基體材料方向迅速退化,直至涂層失效。涂層對基體材料的耐高溫微動磨損性能均具有明顯的改善作用。在600℃和800℃微動磨損條件下,Co-XY-2涂層表面的磨損量最小,Co-XY-1和Co-XY-3表面的磨損量基本相當�；钚栽豗的加入提高了表面氧化膜與涂層的黏附性,從而提高了涂層的抗高溫微動性能,Cr含量增加對涂層抗高溫微動磨損性能無明顯影響。
【學位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V263

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本文編號：1328976