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镍基高温合金陶瓷涂层的制备及性能表征(二)

作者: 发布时间:2018-01-05 浏览次数:162

 2振动疲劳试验结果

 

基材编号

循环次数

涂层编号

循环次数

1

2

3

4

0.2592×106

0.5472×106

0.5904×106

1.4256×106

1

2

3

4

0.5760×106

2.5344×106

2.0592×106

6.8832×106

3热疲劳试验结果

 

试验材料

L(裂纹)/mm

试样1

试样2

试样3

试样4

平均值

基材涂层

0.80

0.40

0.90

0.35

0.75

0.43

0.65

0.30

0.78

0.37

  一般认为,在高温循环作用下材料的损伤主要是由时间相关的蠕变损伤和循环相关的疲劳损伤以及氧化损伤共同作用所导致[10]。由于镍基高温合金GH44本身具有较高的蠕变抗力,而蠕变损伤不是其断裂的主要因素[11]。因此,循环相关的疲劳损伤ui时间相关的氧化损伤的交互作用才是导致试样最终断裂的主要原因。

  材料在高温环境中承受疲劳载荷时,氧化对裂纹的萌生和扩展机制及疲劳寿命有着显著的影响[12]。金属材料的强度一般随温度的升高而下降,在高温疲劳损伤过程中,氧化起着关键作用,疲劳损伤过程中形成的氧化膜会由于循环载荷的作用造成反向滑移而发生破坏,引起裂纹从氧化裂纹处萌生并向基体内生长。金属热裂纹的出现包括孕育期、萌生期和扩展期,在热裂纹萌生和扩展的同时伴随着氧化损伤,氧化损伤缩短了裂纹的孕育期,对裂纹的萌生起到了促进作用;而裂纹的萌生反过来又加剧了试样表面的氧化损伤,促进了裂纹的形成。

  结合涂层试样的热震稳定性及抗氧化试验结果可知,涂层试样具有良好的热震稳定性和抗氧化性能,因而,可在一定程度上较大幅度改善镍基高温合金GH44的高温疲劳性能。

结论

     (1)以质量分数为28.5%Cr2O3粉、66.7%的玻璃料和4.8%的黏土配制料浆,采用喷涂的方式涂覆在镍基高温合金GH44基材的表面,通过高温焙烧热化学反应法可制备出结构致密、结合良好的陶瓷涂层,从而有效阻隔高温环境中的氧与金属基体的直接接触,降低基体的氧化速度,其抗氧化性能较基材提高了6倍以上。

     (2)涂层中的Cr2O3、玻璃料可有效调节涂层的热膨胀系数,以保证镍基高温合金GH44陶瓷涂层具有良好的热震稳定性。

     (3)涂覆了陶瓷涂层的镍基高温合金GH44由于具有良好的抗氧化性能及热震稳定性,因而可有效抑制裂纹的产生,其高温疲劳性能良好。

 

参考文献

[1] 欧桃平,操光辉.Ni-Al基涂层制备工艺及其抗氧化性能[J].中国有色金属学报,2012226):1725-1730

[2] GLEESON BThermal barrier coatings for aeroengineapplications [J]Journal of Propulsion and Power2006222):375-383

[3] 沈明礼,朱圣龙,王福会.镍基高温合金上双层搪瓷-陶瓷复合涂层1000℃氧化机理[J].腐蚀科学与防护技术,2012241):10-14

[4] 蔡妍,陆峰,陶春虎,等.GH3030合金NiCrAlYSi涂层的高温防护性能[J].材料保护,2010439):56-58

[5] SIDHU T SPRAKASH SAGRAWAL R DHot corrosion studies ofHVOF sprayed Cr3C2-NiCr and Ni-20Cr coatings onnickel-based superalloyat 900[J]Surface and Coatings Technology20062013/4):792-800

[6] SCHULZ ULEYENS CFRITSCHER Ket alSome recent trends inresearch and technology of advanced thermal barrier coatings[J]Aerospace Science andTechnology200371):73-80

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[8] 马壮,魏宝佳,李智超.1Cr18Ni9钢热化学反应型玻璃质耐蚀陶瓷涂层研究[J].热加工工艺,20073618):4-6

[9] 王允夫.搪玻璃釉的主要理化及工艺操作性能(续)[J].玻璃与搪瓷,1991191):30-33

[10] LERCH B AJAYARAMAN NANTOLOVICH S DA study of fatigue damagemechanism in Waspaloyfrom 25 to 800[J]Materials Science andEngineering1984662):151-166

[11] 梅小瑜,许好好,徐长威,等.镍基高温合金GH4145/SQ的高温低周疲劳行为[J].华东电力,20123012):1-4

[12] 黄志伟,袁福河,王中光,等.M38镍基高温合金高温低周疲劳性能及断裂机制[J].金属学报,20074310):1025-1030