1Cr11Ni2W2MoV不锈钢上梯度纳米(Ti,Al)N涂层的抗高温氧化性能研究

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随着航空发动机压气机叶片工作温度的提高,为提高叶片的服役稳定性及延长其使用寿命,采用电弧离子镀沉积技术在压气机叶片上制备梯度纳米(Ti,Al)N涂层,叶片材料为1Cr11Ni2W2MoV不锈钢。依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》和HB5258-2000《钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法》标准,对制备了涂层和未制备涂层的试样进行了同炉高温氧化试验,高温氧化试验温度为750℃,时间为200h。对试验数据进行了分析处理,绘制了其氧化动力学曲线。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等研究其组织形貌,并着重对其抗氧化性能及氧化机制进行了深入的分析与研究,为(Ti,Al)N涂层应用于压气机叶片的防护提供了一定的理论储备和技术支持。采用反复试验确定的最优工艺参数,制备出了由内向外依次为Ti、TiN、T0.75Al0.25N、T0.6Al0.4N与T0.5Al0.5N层的涂层,涂层厚度均匀,具备梯度纳米结构。涂层表面光滑致密,与基体结合性能良好。基体与T0.5Al0.5N层之间的过渡层的设计有效的提高了涂层和基体间的结合力。高温氧化试验数据表明,经750℃200小时氧化后,(Ti,Al)N涂层厚度无明显变化,涂层表面生成一层致密的以Al2O3为主伴有TiO2的保护性氧化膜,氧化膜均匀致密,未出现开裂剥落等现象。氧化动力学曲线符合氧化动力学抛物线规律,涂层抗氧化级别为完全抗氧化级别。作为对比,1Cr11Ni2W2MoV不锈钢则生成了由Cr2O3与Fe2O3组成的氧化膜,在氧化50小时时,氧化膜就出现明显剥落。其氧化动力学曲线符合氧化动力学抛物线规律,抗氧化级别为抗氧化级别。涂层制备过程中生成的熔滴对涂层的抗氧化性能影响很小。研究结果表明,(Ti,Al)N涂层在750℃下经历200小时高温氧化后依然具有良好的综合性能,能够满足压气机叶片的实际工程需要。
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