鈷鋁釔共滲塗層組織形成機理及抗高溫腐蝕行為研究

《鈷鋁釔共滲塗層組織形成機理及抗高溫腐蝕行為研究》是依託北京航空航天大學，由周春根擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈷鋁釔共滲塗層組織形成機理及抗高溫腐蝕行為研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：周春根
• 項目類別：面上項目

項目摘要

燃氣渦輪發動機是飛機的心臟，鎳基高溫合金是發動機中最為關鍵的結構材料，為滿足燃氣渦輪發動機溫度不斷提高以及發動機惡劣環境下長壽命要求，研究具有良好抗高溫氧化腐蝕性能的塗層以提高鎳基高溫合金的使用壽命具有十分重要的意義。 本項目針對具有良好抗高溫氧化腐蝕性能的Co-Al-Y共滲塗層，研究製備工藝參數對Co-Al-Y共滲塗層相組成、形貌、成分分布及生長動力學的影響規律，闡明Co-Al-Y共滲塗層的組織形成機理；研究Co-Al-Y共滲塗層的高溫氧化腐蝕動力學、氧化膜的組織結構、氧化膜的生長機制及粘附性能，揭示塗層的抗高溫氧化腐蝕機理，研究環境因素（如溫度和氣氛等）及塗層與基體的互擴散行為對Co-Al-Y共滲塗層服役壽命影響規律，揭示Co-Al-Y共滲塗層的失效機理及主要影響因素，為發展鎳基高溫合金表面具有良好抗高溫防護塗層材料與結構的涉及理論與方法奠定基礎。

結題摘要

本項目採用化學氣相沉積方法，在Ni基高溫合金表面製備了Co-Al和Co-Al-Y等共滲塗層。研究了鈷和鈷-稀土改性鋁化物塗層的相組成和微觀形貌，並揭示了塗層的組織形成機理。實驗結果表明，塗層的生長屬於外擴散型生長，主要歸因於塗層中Ni的向外擴散。製備的塗層由外層和擴散層組成。外層主要為Al0.9Ni1.1相，其中部分Ni原子被Co原子取代。Y均勻彌散分布在塗層中但有部分聚集在外層與擴散層的界面上。研究了鈷和鈷-稀土改性鋁化物塗層在高溫靜態氧化、循環氧化及熱腐蝕條件下的高溫氧化與腐蝕熱力學、動力學以及氧化膜的組織結構及形成機理。Co-Al-Y塗層在1050ºC下靜態氧化100 h的增重是0.50 mg/cm2，循環氧化壽命高達1185次；900ºC下靜態熱腐蝕100 h的增重僅為0.42 mg/cm2，Co-Al-Y塗層表現出了良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能。鈷和稀土元素的協同作用促進了氧化鋁膜的形成，增強了氧化膜與塗層表面的結合力，從而有效提高了塗層試樣的抗高溫氧化和熱腐蝕性能。這些研究成果為艦載飛機發動機、推重比10及以上的航空發動機、艦船燃氣輪機熱端部件高溫防護塗層的設計、製備及套用提供依據及保障。