P92鋼表面Ni2Al3-Ni復(fù)合防護(hù)涂層的制備及其熱穩(wěn)定性機(jī)理研究.pdf

1、Ni2Al3/Ni雙層復(fù)合涂層是應(yīng)用于超超臨界蒸汽輪機(jī)鐵素體鋼部件表面,使其在650℃或更高工作溫度下抗蒸汽氧化的防護(hù)性涂層。高溫下合金元素在涂層各層以及涂層與基體之間的相互擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致涂層過早地失去防護(hù)作用。利用Al元素在Ni-Al燦和Fe-Al合金系統(tǒng)中的活度差制約和Fe元素在NiAl相中的極限溶解度制約來抑制合金元素在涂層各層中的相互擴(kuò)散,制備結(jié)構(gòu)合理的Ni2Al3/Ni雙層復(fù)合涂層有望緩解這一問題。
　　 本課題采用電鍍鎳

2、與低溫粉末包埋滲鋁工藝,在P92鋼表面制備Ni2Al3/Ni復(fù)合涂層。研究了在650℃/4h:滲鋁條件下,滲鋁劑中Al粉含量對(duì)Ni2Al3層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響。根據(jù)對(duì)Ni-Al、Fe-Al和Ni-Fe-Al合金系統(tǒng)的熱力學(xué)分析,制備了兩種結(jié)構(gòu)不同Ni2Al3/Ni復(fù)合涂層(＃1和＃2),并將涂層置于650℃和氬氣氣氛下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間等溫退火處理。采用X-射線衍射分析涂層在不同時(shí)間退火處理后的物相,采用掃描電鏡分析涂層截面形貌,采用X-射線能

3、譜儀分析了涂層中Ni、Al、Fe元素沿涂層厚度方向的濃度分布,以期建立對(duì)能使涂層維持長(zhǎng)期有效防護(hù)功能機(jī)理的認(rèn)識(shí),并在此基礎(chǔ)上提出涂層的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。具體的研究結(jié)論如下:
　　 (1)當(dāng)滲鋁粉劑中鋁粉的質(zhì)量百分含量(W)超過約2.5wt.％時(shí),鋁元素才開始在鍍鎳P92鋼表面沉積,W復(fù)合涂層外層厚度h的關(guān)系式為:h=31.7W1/2-49.6。
　　 (2)制備兩種復(fù)合涂層＃1和＃2樣品,樣品初始Ni層厚度為26μm和11μm,

4、采用滲鋁粉劑配比4Al-2AlCl3-94Al2O3(wt.%),滲鋁條件為650℃/2h和650℃/3h。＃1樣品外層厚度約26μm,中間Ni層約為4μm,＃2樣品外層厚度約為22μm,中間層為Fe-Ni層,厚度約為2μm。
　　 (3)＃1試樣表面涂層外層Ni2Al3在594h退火時(shí)間段時(shí),已完全轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相,NiAl相在后續(xù)的等溫退火過程中均保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng),新外層NiAl相中Al元素沒有大幅度向基體擴(kuò)

5、散,且涂層厚度基本保持一致,基體中Fe元素由于溶解度的限制在新外層中也始終維持在一個(gè)較低的濃度,但新外層中孔洞缺陷較為明顯。
　　 (4)＃2試樣表面涂層類似于＃1涂層,在594h退火時(shí)間段時(shí),也完成了相應(yīng)轉(zhuǎn)變,并且結(jié)構(gòu)也較為穩(wěn)定。由于該涂層幾乎無中間Ni層的阻隔,導(dǎo)致基體中Fe元素在退火初期大幅度向外層擴(kuò)散,當(dāng)NiAl相轉(zhuǎn)變完成后,Fe元素在新NiAl層中的濃度也逐漸降低,但Al元素的擴(kuò)散深度卻隨退火時(shí)間延長(zhǎng)而增大,導(dǎo)致涂層厚