| 超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa涂层的组织结构调控及性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
郝恩康
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| Thesis Advisor | 阎逢元 ; 安宇龙 ; 高美珍 |
| 2021-05-21 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | NiCoCrAlYTa涂层 预氧化处理 抗气/腐蚀性能 摩擦学性能 热腐蚀行为 |
| Abstract | NiCoCrAlYTa是在MCrAlY体系基础上发展起来的六元合金涂层，近年来受到了国内外学者的广泛关注。由于其具有高温下的高强度、优异的抗腐蚀和抗氧化特性，因此被广泛地应用在航空、航天、船舶等高技术装备上。本研究采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备了NiCoCrAlYTa涂层，研究了预氧化过程对该涂层微观组织结构、相组成、力学性能的影响，并且通过对涂层微观组织结构的调控，改善了其抗气/腐蚀性能和摩擦磨损性能。同时，通过涂层组分优化设计，构筑了NiCoCrAlYTa基复合高温自润滑涂层，对它们的宽温域摩擦磨损性能及在熔盐环境下的适应性做了详细探究。研究工作取得了一些有创新和应用价值的结果，为该涂层的工程化应用提供了理论基础和技术指导。论文获得的主要研究结果如下： 1. 采用HVOF喷涂工艺制备的NiCoCrAlYTa涂层孔隙率较低，涂层与基体间结合紧密，且涂层内部的各元素及物相分布均匀。涂层内部晶粒较小，且有少量微晶或非晶相存在，这是由于在沉积过程中，喷涂粉末受到超音速焰流的高速和高温钉轧作用，使得部分粉体晶体结构发生畸变；涂层具有良好的力学性能，内部扁平粒子间的内聚强度优异，在服役过程中不易剥落失效，可对基体起到良好的防护作用。 2. 重点研究了在海水环境中静态腐蚀前后NiCoCrAlYTa涂层的化学成分、微观结构和力学性能变化及其对涂层气蚀行为的影响。通过对涂层在不同温度下进行预氧化处理，对涂层微观组织结构进行了调控，进而改善了抗气/腐蚀性能。虽然浸泡腐蚀后涂层的力学性能和耐腐蚀性能均有所改善，但涂层气/腐蚀行为间的协同作用会加剧涂层的气蚀损伤速率，因此喷涂态涂层的抗气蚀性能更好。而随预氧化处理温度的升高，涂层表面逐渐形成致密氧化层使其力学性能、结晶度等明显提高。预氧化处理后涂层的抗腐蚀性能逐渐升高，且均显示出比喷涂态涂层更好的抗气蚀性能；尤其是涂层在800 ℃预氧化后，涂层致密的微观组织结构和优异的力学性能等使其表现出最佳的耐气蚀特性。 3. NiCoCrAlYTa涂层在1000 ℃进行不同时间的等温氧化处理后，诱导涂层表面生成不同组分的氧化层，研究了氧化层的形成机制及其对涂层微观结构、力学性能及宽温域（25℃-1000℃）范围内的摩擦学性能的影响。随着等温氧化时间的延长，氧化层连续性、均匀性、致密性逐渐改善。而非保护性尖晶石相的快速生成会导致涂层表面出现局部开裂；达到抗氧化动态平衡后，涂层表面的氧化物膜具有双层纳米结构，即混合氧化物层和纳米α-Al2O3柱状晶层；该氧化层表现优异的纳米硬度和弹性模量，并在室温下摩擦时形成非晶保护膜，降低了涂层的摩擦系数和磨损率；同时，达到抗氧化动态平衡后，涂层表面的硬质氧化层在高温条件下也起到了承载和抗磨作用，有效降低了涂层的磨损率。 4. 通过组分设计和优化，制备了一系列NiCoCrAlYTa/Ag/Mo复合润滑涂层，研究了它们的宽温域摩擦磨损性能。重点揭示了高温条件下NiCoCrAlYTa/10Ag /5Mo涂层内部组织和物相的变化过程，特别是β-Ag2MoO4润滑剂的原位生成机制及润滑作用机理；详细揭示了含/不含V2O5熔盐对复合涂层热腐蚀和高温摩擦学性能的影响。添加Ag和Mo明显改善了复合涂层宽温域内的摩擦学性能。尤其在800 ℃时，原位生成的类层状β-Ag2MoO4以及适量Al2O3硬质相的共同作用使复合涂层表现出优异的高温自润滑性能。熔盐介质会加速涂层的氧化，含V熔盐的腐蚀作用则更为剧烈，复合涂层表面基质相与掺杂相交界处会被优先腐蚀；热腐蚀后，复合涂层内部元素的互扩散以及晶粒的充分生长等因素导致其力学性能有所提升，同时，涂层表面大量硬质氧化物的生成也可以改善其耐磨损性能。 |
| Other Abstract | 无 |
| Subject Area | 不填 |
| MOST Discipline Catalogue | 材料学 |
| Table of Contents | 不填 |
| Pages | 178 |
| DOI | 不填 |
| URL | 查看原文 |
| Language | 中文 |
| Citation statistics | |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/29123 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 郝恩康. 超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa涂层的组织结构调控及性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021. |
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