镍基燃气轮机叶片改性铝化物渗层的研究进展-论文.pdf

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1、柳偶护卷·第讷·l2ol4。蔫镍基燃气轮机叶片改性铝化物渗层的研究进展范凯平，吴勇，杨甫，刘磊(1．武汉材料保护研究所热处理事业部，湖北武汉430030；2．材料表面保护技术湖北省重点实验室，湖北武汉430030)[摘要]改性铝化物渗层技术是镍基燃气轮机叶片表面主要的防护方法之一，随着燃气轮机叶片使用温度的越来越高、形状越来越复杂，对其改性铝化物渗层的耐高温腐蚀性能和工艺可控性的要求也越来越高。综述了镍基燃气轮机叶片表面改性铝化物渗层制备工艺的研究进展，就改性元素对铝化物渗层耐高温腐蚀性能的影响和作用机理进行了归纳、分析和讨论，并对其

2、未来的发展进行了展望。[关键词]改性铝化物渗层；镍基燃气轮机叶片；制备工艺；高温腐蚀性能[中图分类号]TG156．86[文献标识码]A[文章编号]1001—1560(2014)06—0057—050前言900—1100oC，保温扩散4—12h，可获得铝化物渗层。改性铝化物渗层的粉末渗剂一般由供铝剂、改性元素高温腐蚀是镍基燃气轮机叶片，特别是航空发动(M)供剂、填充剂和活化剂组成。通常填充剂为A1O，机叶片常见的失效形式。目前，燃气轮机叶片的几何粉末，活化剂为NHCI等卤化物，供铝剂为铝粉，而改形状越来越复杂，工作温度越来越高，而要求的

3、服役寿性元素(M)供剂则为M粉末(如CrL2J，Hf粉)，也可命却越来越长，因而对其表面防护的要求也就越来越为M的氧化物粉末(如SiO，Cr20，粉末)，但其往往会高。铝化物渗层具有较好的耐高温腐蚀性能，是燃气使渗层中的Al含量减小。轮机叶片最常用的防护方法之一。镍基叶片表面防护最早使用的是单一的铝化物渗层，即铝渗层，但是其固体粉末渗剂主要依靠高温下形成的气相产物渗入基体，如A1C1与CrCI，SiC1，HfC13等，可借助计Ni．Al相渗层脆性较大、易开裂剥落、高温服役时Al向基体扩散较快，造成表面铝含量降低而失去保护作算机软件Ch

4、emsagesoftware_5进行热力学计算分析，用¨J。多元共渗层即改性铝化物渗层，如Al-si，Al—Cr确定合适的粉末渗剂成分及共渗条件。依据Gibbs自共渗层，形成了铝与改性元素(M)的渗层(Al—M扩散由能最低原则，采用CHEMSAGE程序，结合SGTE数层)，可明显提高叶片的防护性能。据库对A1．cr6]，A1．Si【7共渗过程中的气相平衡分压近年来，国外对改性铝化物渗层的研究重点有：进行计算，发现只有当A1C1的平衡分压与CrC1或(1)制备工艺对铝化物渗层性能的影响；(2)不同改性SiCI的平衡分压接近时，才能实现A

5、l—Cr，Al—si共元素如Si，Pt，cr和活性元素(RE)等对铝化物渗层性渗；若将渗剂中的Al含量增加到2．0％，2．7％能的影响。其采用的方法有：包埋法、化学气相沉积以上，A1C1的平衡分压便会提高，而CrC1或SiCI的(CVD)法、镀．扩散法等。以下对改性铝化物渗层的制气相平衡分压则随着Al含量的升高而降低，最后只备工艺、作用机理和性能的研究进展进行综述，以供同能得到单一的渗铝层。行参考。包埋法工艺简单，设备投资较小，是应用最长的工艺，但其可控性较差，处理周期较长，装卸料时有粉尘1改性铝化物的扩渗工艺污染。1．1包埋法1．2

6、化学气相沉积法将镍基叶片和粉末渗剂装入密封罐中，加热到CVD法生产效率高，工艺可控性好，非常适合于对形状复杂零件的表面保护，渗层均匀，生产清洁环保。[收稿日期]2014—05—10用CVD法制备改性铝渗层，一般要使用含Al，M(Si，[通信作者]吴勇，电话：13807103482，E—mail：ywurimp@sina．comHf)等供体的外部生成器l8j。低活性CVD法是指用柳假第47卷。第6期．2o1砗年6月l爱爹降低了基体渗层间的元素互扩散，抑制了基体中钼、2改性铝化物渗层的耐高温腐蚀性能钨等难熔金属向渗层中的扩散等。目前，铂改

7、性铝化物渗层还存在一些缺点，如形成2．1铬改性的Pt：Al相导致延展性减低，造成改性铝化物渗层表面铬改性铝化物渗层通常采用包埋法制备。在镍基不稳定(即起皱)等。将其他贵金属如Pd代替Pt加入超合金表面制备的铬改性铝化物渗层，主要由外层．到铝渗层，获得的改性铝渗层性能优于单一的铝化物Cr和内层8一NiA1组成。渗层，但是其性能劣于铂改性铝化物渗层；铂+适量的cr可有效地改善铝渗层的抗氧化性能，因钯改性铝渗层的性能则比单一铝渗层和铂改性铝渗层为Cr能促进渗层表面发生铝选择性氧化，形成A10，的都好引。因为铂改性铝层很昂贵，铂+钯改性铝渗膜

8、¨，提高其与基体间的黏附性及抗高温氧化能层被认为是经济实惠的选择。力，降低形成保护性氧化铝膜所需临界铝含量"；渗层中富铬，可形成扩散障碍，减小渗层与基体间的互2．4活性元素改性扩散等。RE可以改善渗层的抗氧化性能、抗硫化