镍基高温合金渗铝层组织结构及高温氧化性能研究

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镍基高温合金广泛应用于航空航天领域,是航空发动机用关键材料。为了提高合金的抗高温氧化能力,必须在其表面施加高温防护涂层,目前使用最多的高温防护涂层是以形成Al2O3氧化膜为主要目的的铝化物扩散涂层。本文即是对镍基高温合金表面进行渗铝,以达到提高合金抗高温氧化性能的目的。  本文以某镍基高温合金为研究对象,采用固体粉末包埋技术在其表面进行扩散渗铝。考察不同渗铝工艺(温度:700℃~900℃,保温时间:6h~12h)对渗层组织、相结构、渗层截面元素分布、渗层厚度及渗层显微硬度的影响;并对原始合金试样及渗铝试样进行了1000℃×200h恒温氧化试验,以检验所制备的渗铝试样的抗高温氧化性能。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM/EX-250)等检测手段,对渗铝试样及氧化试样进行表征。  试验结果表明,随着渗铝温度的增加,渗层厚度增加,铝元素的扩散系数增大,渗层的相组成由单一的Ni2Al3相转变为Ni2Al3/NiAl/NiAl3的混合相;保持渗铝温度不变,增加渗铝保温时间,渗层厚度增加,铝元素的扩散系数降低,渗层的相组成由Ni2Al3/NiAl3混合相转变为Ni2Al3/NiAl/NiAl3的混合相。对渗层进行显微硬度测试,可以发现:渗铝温度及渗铝保温时间增加,渗层硬度均降低。  镍基高温合金渗铝后,明显提高了合金的抗高温氧化性能;在氧化初期就形成了致密的Al2O3氧化膜;随着氧化的进行,铝元素的外扩散氧化及内扩散退化导致渗层中铝元素的含量逐渐降低,涂层的相组织由Ni2Al3/NiAl/NiAl3混合相,转变为单一的NiAl相。
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