包覆性塗層

把一種金屬或合金包覆在基體金屬表面並通過後處理使包覆材料與基體表面緊密結合的工藝方法。用純鋁包覆高強度鋁合金通過熱軋形成包鋁板材或型材，既維持了鋁合金的高強度，又改善了鋁合金的耐腐蝕性能，是航空工業套用最廣泛的包覆實例。把耐高溫氧化、熱腐蝕的合金箔材包覆在用高溫合金製成的燃氣渦輪葉片上，然後在惰性氣體保護下進行熱等靜壓，使包覆材料與基體之間產生一定的互擴散作用而達到冶金結合，是提高葉片抗高溫腐蝕性能，延長使用壽命的途徑之一。

基本介紹

• 中文名：包覆性塗層
• 外文名：cladding
• 目的：提高合金強度、耐腐蝕性
• 本質：金屬薄膜

原理

利用各種物理或化學的沉積方法在合金基體表面直接製備一層含保護性金屬元素，具有保護性的金屬薄膜，這層薄膜就是包覆塗層，也稱合金化塗層。其典型代表是MCrAIY塗層。包覆塗層克服了擴散型塗層所存在的塗層與基體相互制約、塗層組織受擴散反應限制的弱點，通過表面沉積的合金化塗層的最佳化設計和製備，得到更好的抗高溫腐蝕性能和更長的使用壽命。如MCrAIY塗層，目前已成為最佳的合金高溫防護塗層；塗敷了MCrAIY塗層的燃氣輪機葉片可在惡劣的高溫腐蝕環境中工作四萬小時以上。

MCrAIY塗層的成分和結構與基體合金無關，這類基體通常採用電子束物理氣相沉積、真空鍍膜、離子鍍膜和濺射鍍膜及等離子噴塗等先進的現代技術進行塗敷。其中，濺射和電子束一物理氣相沉積(EB - PVD)及等離子噴塗是製備MCrAIY塗層的主要手段。

特點

MCrAIY塗層的設計和選擇要求考慮塗層的抗氧化、抗熱腐蝕性、力學性能、組織穩定性、結合力和低的塑脆轉變溫度等。

在MCrAIY塗層中，大部分鋁處於β相中，而大部分鉻處於γ相中。β相氧化形成氧化鋁膜，提高了塗層中β相的相對含量，抗氧化性能因此就增強。而且塗層中的鉻能降低生成保護性氧化鋁膜所需要的鋁含量，塗層中若含有50/-10%Cr，則形成Al₂O₃膜的鋁臨界濃度從40%降至10%左右。在塗層中加入少量的Y（通常<1%），可以有效地提高氧化膜與基體間的附著力。其他活性元素，如鉿、鋯等也具有同樣的作用。MCrAIY塗層的抗熱腐蝕性能主要依賴於Cr含量；提高Cr含量，也即增加了7相的相對含量，從而增強抗熱腐蝕性能。因此，可根據使用要求，通過調整β/γ了比來控制其抗氧化、抗熱腐蝕性能。

根據抗熱腐蝕的鉻含量應在15%～20%範圍；若要抗低溫熱腐蝕，則要求有更高的鉻含量：25%～40%。考慮到各種因素，廣泛採用的NiCrAIY塗層的成分是：20%C0，2070 Cr，8%～12%AI，小於1%的γ，余為Ni。

MCrAIY塗層的合金成分的選擇與設計應注意高溫下的相變和組織穩定性。

種類舉例

韌脆轉變溫度受許多因素的影響，如塗層成分、塗層應用程式、塗層厚度、表面精飾和應變速度等。由於化學成分可以控制，MCrAIY包覆塗層的DBTT一般比擴散塗層的低。鋁化物擴散塗層的DBTT是鋁含量的函式，隨鋁含量增加而升高。鉑的添加也會使鋁化物塗層的DBTT增加。

NiCrAIY包覆塗層的DBTT要比CoCrAIY塗層的高。而這兩種塗層的DBIT隨它們中鉻或鋁含量的增加而增大。含20%—26%（質量分數）鈷的NiCoCrAIY的韌性明顯優於NiCrAIY和CoCrAIY的韌性。鋁化物塗層的韌脆轉變溫度一般較高。貧鋁的NiAl相DBTT為760℃，富鋁的NiAl相的DBTT為980℃。