GH2907是一種低膨脹高溫合金，主要用于制造航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)中控制傳動(dòng)件和靜止件之間間隙的環(huán)形零件。合金投入使用以來，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、節(jié)約燃油等方面顯出了良好作用。然而隨著使用范圍的擴(kuò)大和使用溫度的提高，合金面臨一個(gè)重要問題,就是抗氧化、抗腐蝕問題,特別是合金在海洋腐蝕環(huán)境下工作，這一同題就更加突出。為了提高合金在使用環(huán)境下的抗氧化、抗腐蝕性能，隆繼集團(tuán)合金在650℃下的氧化行為和 NiCoCrAly 與 NiCrAl硅藻土復(fù)合涂層。采用這一涂層的主要目的是:在提高抗氧化、抗腐蝕性能的同時(shí)，能起到縮小間隙的封嚴(yán)作用

試驗(yàn)用料為冶金廠冶煉的工業(yè)性材料，加工成環(huán)形件后，從環(huán)形件上切取試樣。氧化試驗(yàn)在650℃大氣中進(jìn)行，經(jīng)100h、300h、500h、700h和1000h后將試樣取出稱重，計(jì)算出平均氧化速率，然后對試樣進(jìn)行金相、SEM、EDAX和電子探針分析,并對氧化膜成分進(jìn)行X射線銜射分析。

復(fù)合涂層底層采用NiCoCrAly 粉末，其粒度為一140~ +320mm( -140~+320目)，松裝比為6.5g/cm2，該底層結(jié)合力強(qiáng)，抗氧化性能好。面層采用NiCrAl硅藻土，粉末粒度為-150~ + 320mm ( - 150 ~+320目)，松裝比為1.1~1.2g/ em2，面層具有一定的附著力，且不可刮削。涂層采用大氣下等離子噴涂，噴涂之前進(jìn)行表面噴砂處理，以去除表面銹蝕和油漬等附著物。噴涂后測量涂層的結(jié)合力，并進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)和抗氧化性能試驗(yàn)。

650℃下的合金平均氧化速度見表1，氧化增重曲線如圖1所示。

從以上結(jié)果可以看出，合金的起始氧化速率比較快,隨著時(shí)間的增加，氧化速率有所降低,但氧化500h后速率又增加。由平均氧化速率得出的合金氧化增重與時(shí)間的關(guān)系曲線表明，在氧化前期遵循拋物線規(guī)律，500h后轉(zhuǎn)為直線規(guī)律,這說明500h后氧化加快了。

合金的氧化增重拋物線規(guī)律可表示為:(AW/A)= K,t+ c式中、AW/A為單位面積的氧化增重;t為時(shí)間;K,為拋物線氧化常數(shù);C為積分常數(shù)。

將合金氧化增重拋物線按以上表達(dá)式進(jìn)行回歸分析，其直線段的斜率即為K,值。分析結(jié)果，在500h以內(nèi)，為3.25g/(m*-h),K,相對較小,也就是曲線斜率小，合金的氧化增重的平方值較小。具有一-定的抗氧化能力，當(dāng)然它遠(yuǎn)低于含Cr的高溫合金。

氧化層形貌和組成

圖2為合金在650℃氧化1000h后的氧化層形貌和元素面掃描。它分為內(nèi)外兩層，外層呈深灰色，且較為疏松，有的地方存在孔洞、裂紋，面掃描表明面層中含氧元素較多。內(nèi)層呈淺灰色,比較致密，隨著氧化時(shí)間的延長，氧化層厚度隨之增加，且內(nèi)層的增長量大于外層，內(nèi)層與基體之間有的地方可發(fā)現(xiàn)樹突狀的氧化膜向基體內(nèi)生長。這些樹突狀條紋在高倍下觀察就是微裂紋。由此可知合金的抗氧化性能較差

經(jīng)能譜和X射線分析結(jié)果，合金氧化層外層富Fe、Co，貧Ni、Nb，而內(nèi)層富Ni、Nb等元素，貧Fe、Co。外層的氧化物組成主要是CoFe,0.，有部分Fe,0,和少量FeO。內(nèi)層主要為基體和y相,但有少量Fe(Co)氧化物，這可以認(rèn)為是氧化層和基體之間的過渡層。

由此可知,合金在氧化前呈拋物線規(guī)律，主要是由于保護(hù)性的 CoFe,0.存在，該氧化層比較完整、致密，有一定的保護(hù)作用。隨著氧化時(shí)間增加,氧化層開始破損，疏松也加劇，氧化層逐漸失去保護(hù)作用,合金的氧化速率直線上升，這時(shí)的氧化速度完全由Fe的擴(kuò)散所控制,要提高合金的抗氧化性能，就必須推遲曲線中直線規(guī)律的出現(xiàn)。

防護(hù)涂層的結(jié)合強(qiáng)度

為了提高合金的抗氧化、抗腐蝕性能和縮小間隙，選擇了NiCoCrAly 和 NiCrAU/硅藻土進(jìn)行復(fù)合封嚴(yán)涂層,涂層采用大氣等離子噴涂,經(jīng)不同工藝試驗(yàn)后，選擇一種較好的噴涂工藝。涂層與基體、底面與面層之間的結(jié)合力如表2所示。

從表2可知涂層與基體之間有較好結(jié)合強(qiáng)度，平均為42.4MPa，這就可保證使用中不會輕易脫落，并且它的孔隙率也較低，只有2%左右?？善鸬搅己玫谋Ｗo(hù)作用。而面層的結(jié)合強(qiáng)度稍低一些，這主要是考慮它有利于刮削性能。并且它的孔隙率也較高，為6%左右。圖3為復(fù)合涂層組織。

防護(hù)涂層的熱循環(huán)和抗氧化試驗(yàn)

用防護(hù)涂層的試片進(jìn)行了熱循環(huán)和抗氧化試驗(yàn)。熱循環(huán)試驗(yàn)的條件是在800℃保溫3min，然后出爐水冷。抗氧化試驗(yàn)是在800℃保溫150h，測量氧化增重和氧化速率，檢查表面氧化情況。熱循環(huán)試驗(yàn)的結(jié)果是循環(huán)100次后,涂層未破壞,表明有較好的強(qiáng)度，抗氧化試驗(yàn)結(jié)果如表3所示

由表3可以看出，合金噴涂復(fù)合涂層后,抗氧化性能有了顯著提高，100h的氧化速率降低了1倍左右,應(yīng)該說該涂層對提高合金的抗氧化、抗腐蝕性能是有效的。然而合金在800℃還未達(dá)到完全抗氧化級，這可能是由于溫度較高，或者是涂層的面層不夠致密，氧能夠向內(nèi)擴(kuò)散，同時(shí)基體中的Fe向外擴(kuò)散,形成氧化膜。要達(dá)到 800℃下的完全抗氧化，對涂層需要進(jìn)一步研究

(1 )GH2907合金在650℃氧化前期,其氧化動(dòng)力學(xué)曲線遵循拋物線規(guī)律,氧化500h后轉(zhuǎn)為直線規(guī)律，說明后期氧化速率加快

(2)采用NiCoCrAly和 NiCrAV硅藻土復(fù)合涂層后,合金的抗氧化性能得到顯著提高，但800℃、100h 加熱后,還未達(dá)到完全抗氧化

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