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2012高温防护涂层研究重要进展——低热膨胀率纳米金属陶瓷涂层的制备科学与高温防护机理研究
2013-01-16| 【 【打印】【关闭】

  MCrAlY涂层和铝化物涂层是最常用的高温合金独立高温防护涂层,也用作热障涂层的粘结层,其热生长氧化膜开裂剥落和涂层/基体互扩散是影响涂层寿命的两大重要因素。引起氧化膜开裂剥落的重要因素之一是涂层热膨胀系数比氧化膜高60%-100%,使冷却过程产生的热应力超过了氧化膜抗压强度。涂层/基体互扩散不仅降低寿命,而且可导致基体的疲劳和持久性能严重下降。

  在973项目(编号2012CB625100)资助下,高温腐蚀与防护研究方向开展了低热膨胀率纳米金属陶瓷涂层研究,近期取得重要进展,部分研究结果已发表在CORROSION SCIENCE 2012, 60: 265; APPLIED SURFACE SCIENCE DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.12.012上。该涂层具有优异抗高温氧化和热腐蚀性能,是传统高温涂层的有力挑战者。

  

K417基体  

  

316不锈钢            

  1000℃空气氧化100h的涂层截面。

  图为涂覆该涂层的K417高温合金和316不锈钢试样经1000℃空气氧化100h后的截面照片。该涂层热膨胀系数比MCrAlY低1/3左右,比氧化铝、氧化铬和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)分别高50%、20%和20%左右,因此热生长氧化膜及YSZ在冷热循环过程中承受的热应力极小,使氧化膜和YSZ具有绝佳的抗开裂和剥落性能。再加上可消除涂层/基体互扩散特性,1100℃氧化寿命比传统MCrAlY涂层提高3倍以上,而成本与传统的多弧离子镀方法无异。该涂层采用已申请专利保护的单一合金靶反应多弧离子镀技术,巧妙利用了有些金属不形成氮化物的特性,可利用一个合金靶制备出金属/氮化物复合纳米涂层,其氮化物和金属的体积比约为1:1,晶粒度约为30nm。

 
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