免费论文：Ni3Al基单晶高温合金IC21抗氧化涂层研究

随着现代航空航天事业的快速蓬勃发展，对材料的各项性能指标要求越来越高。作为航空发动机涡轮叶片等热端部件材料，必须满足其高温力学性能以及抗高温氧化和耐腐蚀性能。自行研制开发的新型Ni3Al基单晶高温合金IC21具有密度低、优异的高温力学性能等特点，但是由于合金中含有较高含量的Mo元素，高温下容易形成挥发性产物MoO3等，大大降低合金的高温抗氧化性能，因此服役时需要防护涂层保护。本文采用粉末包埋渗法，在IC21合金基体上制备了渗Al-Si系涂层，研究了IC21合金及涂层在1150°C下的抗高温氧化性能。设计不同包埋渗工艺参数，通过研究工艺参数对涂层厚度及成分的影响，确定涂层厚度适中、Si含量较低的Al-2Si、Al-4Si涂层为最佳Al-Si涂层制备工艺制度，进一步进行Al-Si-Y涂层制备。Al-2Si、Al-4Si及Al-Si-Y三种涂层在制备过程中发生涂层与基体间元素互扩散，形成扩散合金化涂层。结合表面XRD及EDS分析结果表明涂层主要由Ni2Al3相与β-NiAl相组成，是铝化物涂层中提高抗氧化性能的标准相。IC21合金及Al-2Si、Al-4Si、Al-Si-Y涂层进行1150°C、100h循环氧化实验，结果表明：IC21合金由于Mo含量较高，生成NiMoO4、挥发性氧化物MoO3及NiAl2O4等，氧化膜疏松开裂，发生大面积剥落，氧化性能很差。两种Al-Si涂层表面皆为连续致密的α-Al2O3氧化膜，由于涂层中Si元素能够有效阻止Mo元素向外扩散，Si含量较高的Al-4Si涂层抗氧化性能比Al-2Si涂层优异。渗Al-Si-Y涂层1150°C抗氧化性能最优异，表面生成更加连续致密的α-Al2O3膜，并由于Y元素的加入促进了涂层中Al元素的选择性氧化，显著提高了氧化膜与基体的粘附性，使其达到完全抗氧化级别。在1150°C氧化过程中，随着Al元素的消耗，涂层中发生相变，由β-NiAl相退化生成γ′-Ni3Al相，但100h氧化后，涂层中仍然存在大量的β-NiAl相，说明涂层依然具有一定的抗高温氧化能力。Al-2Si、Al-4Si、Al-Si-Y涂层的添加显著提高了Ni3Al基单晶高温合金的抗高温氧化性能。

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