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第六届全国腐蚀大会演讲嘉宾——王福会
2013-06-26 11:06:24 作者:本站整理来源:

高温防护涂层进展

  报告人:王福会

  中国科学院金属研究院

  金属腐蚀与防护国家重点实验室

  个人简介:

中国科学院金属研究所二级研究员、博士生导师,96年度国家杰出青年基金获得者。国家金属腐蚀与防护重点实验室主任。

  主要从事高温腐蚀与表面工程研究。中国腐蚀与防护学会第二届青年工作委员会主任、中国腐蚀与防护学会高温专业委员会主任、中国机械工程学会表面工程分会副主任委员、《腐蚀科学与防护技术》主编。2008年被聘为国际高温腐蚀与防护会议顾问委员 。

  需求:航空发动机

  发动机是飞机的“心脏”,高性能发动机的特点之一是高的涡轮前进口温度

  金属涂层:涂层与基体合金完全不同
 

  存在问题:

  1.表面氧化消耗导致涂层性能退化

  2.界面扩散严重影响基体力学性能

一、高温合金纳米晶涂层

  2010年度辽宁省自然科学一等奖

铸造合金:形成Cr2O3     膜纳米晶:形成Al2O3

 

  

  提出了“高温合金通过纳米化实现自防护”的新概念

二、Cr-Al-Y共沉积涂层
 

  目的:

  • 研制新型涂覆技术,用于涡扇发动机的三联叶片,既保持抗燃气腐蚀性能,又改善涂层均匀性#p#副标题#e#

  性能:

  • 良好均匀性

  • 抗热腐蚀

  制备工艺
 

  1.喷涂Y料浆

  2.Y-Cr共渗:含Cr粉末包埋热扩散

  3.二次渗铝:FeAl粉末包埋热扩散

1000℃×4h、1200℃×4h 渗Cr涂层

  二次离子质谱仪结果:

  • 肯定了Y在涂层中的存在

  •Y含量由外到内指数递减


CrAlY涂层外层厚约40-50μm

1050℃×60 min 1000℃×4 h

  高温氧化结果(1000℃)

#p#副标题#e#


恒温氧化截面形貌(300h)

K417G:NiO (NiCr2O4) + NiO(TiO2) + Al2O3
NiCrAlY: Al2O3


  K438: Cr2O3 (NiCr2O4) + NiO(TiO2) + Al2O3
NiCrAlY: Al2O3

氧化膜断口形貌

  稀土Y的REE作用:提高了氧化膜的粘附性

 

 热腐蚀实验(Na2SO4/K2SO4)

  K417G合金与涂层试样热腐蚀动力学和宏观形貌

  K417G: 20h

  NiCrAlY :200h

  利用Cr-Al-Y共沉积制备NiCrAlY涂层

  • 良好均匀性

  • 抗热腐蚀

  • 抗高温氧化

三、扩散障涂层

  涂层与合金基体元素互扩散产生二次反应区,形成TCP有害相,严重影响基体力学性能

  必须设计具有阻扩散功能的金属/金属涂层界面

  涂层设计的思想

  JNi=CNi D(barrier)δCNi/δX

  1.在该层中元素扩散速率慢#p#副标题#e#

  2.化学相容性

  3.热力学稳定

  4.与合金及涂层结合力

  5.界面处机械性能

  Ⅰ:τ3-NiTi2Al3+TiAl
  Ⅱ:τ3-NiTi2Al3
  Ⅲ: τ4-Ni2TiAl
  Ⅳ:γ'-Ni3Al

  TiAl/NiCrAlY 1000OC退火不1h结果

TiAl/NiCrAlY 1000OC退火100h结果

TiAl/Cr2O3/NiCrAlY体系200hrs@1000 ℃

  TiAl/Cr2O3/NiCrAlY体系100hrs@1000 ℃EPMA结果

  

氧化物分解压


  TiAl/YSZ/NiCrAlY体系100h@1000 ℃

#p#副标题#e#

  “活性”扩散障
 

  • 金属扩散障结合力好,阻挡扩散弱

  • 氧化铝扩散障阻挡扩散强,结合力差
 

四、金属搪瓷复合涂层
 

  添加金属:提高热膨胀系数

  增加结合强度

  1000OC水淬100次结合非常好
 

  纳米金属颗粒显著提高热膨胀系数

  

  热腐蚀 850℃,25%NaCl+75%Na2SO4
 

  

  空气喷涂+高温处理SKE-8涂层(金属搪瓷)

总结

  一、高温合金纳米涂层解决了传统涂层的脆性和互扩散两大问题。#p#副标题#e#

  二、 Cr-Al-Y共沉积涂层可以解决复杂形状叶片的均匀性问题。

  三、 8wt%Y2O3+ZrO2(YSZ)为最好的活性扩散。

  四、金属复合搪瓷在很多高温部件上有广泛的应用前景。


结束语

  中国腐蚀与防护学会新一届理事会,在陈光章理事长的领导下、李晓刚秘书长为首的秘书处的努力下、全国腐蚀界的大力支持下、把大专院校和科研院所与企业很好地融合在一起,使腐蚀的科学研究走向了一条正确的路线,中国的腐蚀与防护研究一定会有光辉的未来!

  呼吁:全国腐蚀界进一步团结起来,在各种计划(人才、自然科学基金)评审中互相支持,并特别关注40岁以下的年轻一代(80-90后),希望在这一代上尽快培养出领军人物,使中国的腐蚀与防护事业再上一个新台阶!

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