不同金属基体封严涂层的制备与性能研究

论文摘要

封严涂层是在航空发动机中广泛使用的一种功能性涂层，以降低压缩机和涡轮叶片叶尖之间间隙，提高热效率，降低燃料消耗。其组成粉料中多含润滑相，且多采用热喷涂方法制备，因此容易导致封严涂层粉料氧化及孔隙的形成。在航空发动机工作或停放过程中，常处于腐蚀环境下，这就会造成封严涂层的腐蚀问题。孔隙为腐蚀介质的渗透提供了有利条件，诱发涂层内部发生腐蚀，影响涂层的性能及飞行安全。本文采用等离子喷涂方法在GH4169基体上依次制备了NiAl粘结底层和AlBN面层；采用等离子喷涂在GH907基体上制备了NiAl粘结底层，采用火焰喷涂在NiAl粘结底层上制备了NiCrAl-NiC面层。研究了实际使用过程中相互接触材料的电偶腐蚀行为，结合极化曲线、开路电位-时间曲线测试，分析电偶腐蚀行为。研究了封严涂层自身的盐雾腐蚀行为，采用SEM、XRD分析腐蚀产物形貌及成分，结合极化曲线及交流阻抗分析腐蚀前后涂层耐蚀性变化情况。电偶腐蚀实验结果表明，GH4169和GH907分别同NiAl涂层偶对的电偶腐蚀行为差异很大，Cr含量较少的GH907与NiAl偶对的腐蚀情形更严重。NiCrAl-NiC与NiAl的成分相近，二者开路电位相差不大，电偶腐蚀等级为A级，允许偶接使用。其余三组偶对的电偶腐蚀等级很低，不允许偶接使用。封严涂层的孔隙和夹杂氧化物形成了一个十分复杂的电偶系统。位于涂层薄片边缘的夹杂氧化物，容易成为腐蚀行为优先选择的场所，导致杂质氧化物在电偶腐蚀过程中优先腐蚀，腐蚀介质透过边缘孔隙逐渐向涂层内部渗透，使得涂层内部发生局部点蚀。中性盐雾腐蚀测试结果表明，AlBN的腐蚀产物为白色的Al2O3，在涂层表面疏松堆积，容易脱落；NiCrAl-NiC涂层的腐蚀产物为Al2O3和NiO，微观形貌为细碎的絮状结构，NiAl涂层盐雾腐蚀产物为NiO，微观显示出有大量裂纹，腐蚀产物在裂纹周围堆积。极化曲线测试表明，腐蚀后AlBN涂层的腐蚀电流更大，这是由于AlBN涂层表面疏松的腐蚀产物容易脱落，因此反映了其真实的腐蚀情况。盐雾腐蚀后NiCrAl-NiC和NiAl涂层的腐蚀电流降低、极化电阻增大，主要原因是腐蚀产物在涂层表面堆积，造成涂层耐蚀性增大的假象。交流阻抗测试表明，AlBN涂层腐蚀后的电荷转移电阻较低，耐蚀性降低。NiCrAl-NiC和NiAl涂层表面有大量腐蚀产物堆积，阻碍腐蚀介质进入涂层孔隙内部，导致电荷转移电阻增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 热喷涂技术概述
• 1.2.1 热喷涂方法及特点
• 1.2.2 热喷涂技术在航空工业中的应用
• 1.3 封严涂层技术及发展现状
• 1.3.1 封严涂层组成
• 1.3.2 封严涂层的性能
• 1.3.3 中、低温封严涂层
• 1.3.4 高温封严涂层
• 1.4 航空发动机用热喷涂涂层的腐蚀研究
• 1.5 电偶腐蚀技术概述
• 1.6 研究目的和主要内容
• 1.6.1 研究目的及意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验材料
• 2.3.1 基体材料
• 2.3.2 涂层材料
• 2.4 涂层制备工艺
• 2.4.1 前处理工艺
• 2.4.2 喷涂工艺
• 2.5 封严涂层的电偶腐蚀实验
• 2.5.1 电偶腐蚀体系的设计
• 2.5.2 实验方法
• 2.5.3 电偶腐蚀实验数据处理
• 2.6 封严涂层的中性盐雾腐蚀实验
• 2.6.1 实验方法
• 2.7 封严涂层的使用性能研究
• 2.7.1 结合强度测试
• 2.7.2 抗热震性测试
• 2.7.3 硬度测试
• 第3章 封严涂层的电偶腐蚀性能分析
• 3.1 电偶腐蚀实验结果
• 3.1.1 GH4169 基体/NiAl 涂层电偶腐蚀
• 3.1.2 AlBN 涂层/NiAl 涂层电偶腐蚀
• 3.1.3 GH907 基体/NiAl 涂层电偶腐蚀
• 3.1.4 NiCrAl-NiC 涂层/NiAl 涂层的电偶腐蚀
• 3.2 极化曲线分析
• 3.3 开路电位-时间曲线分析
• 3.4 涂层组成的截面形貌
• 3.5 小结
• 第4章 封严涂层的中性盐雾腐蚀结果与分析
• 4.1 盐雾腐蚀宏观形貌
• 4.2 盐雾腐蚀 SEM 形貌及 EDS 能谱
• 4.3 腐蚀产物的 XRD 分析
• 4.4 电化学测试结果
• 4.4.1 极化曲线分析
• 4.4.2 交流阻抗分析
• 4.5 小结
• 第5章 封严涂层的使用性能分析
• 5.1 结合强度分析
• 5.2 抗热震性能分析
• 5.3 硬度分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢