图书馆-报告库-中国机械工程学会表面工程分会

Oral Presentation氟化处理促进高温防护涂层表面稳态α-Al2O3膜的形成机制研究

编号：367 访问权限：Participants Only 更新：2024-04-19 16:08:11 浏览：93次收藏取消收藏

2024-05-12 14:10

15min

[I2] 论坛8：腐蚀与防护技术B [I2-2] 论坛8B下午

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摘要

高温金属结构材料环境退化的关键因素之一就是氧化，其是否抗氧化在于表面能否形成致密、热生长速度慢以及热稳定性高的氧化膜。Al₂O₃是典型的保护性氧化物，但其存在多种晶体结构，如α，γ或θ，其中α-Al₂O₃是热力学中最稳定的结构相。目前主要应用的铝化物涂层和MCrAlY涂层在使用温度低于1100 °C时，涂层在氧化初期所生成的Al₂O₃往往是γ-或θ-Al₂O₃等亚稳定相。随着氧化时间的延长，这些亚稳定的γ-或θ-Al₂O₃逐渐向稳态的α-Al₂O₃转变。这一转变过程将显著地影响氧化铝膜的性能。一方面，氧化初期所生成的亚稳态Al₂O₃膜的抗高温氧化性能较稳定态差，γ-或θ-Al₂O₃的生长速率比α-Al₂O₃高出两个数量级。另一方面，亚稳态γ-或θ-Al₂O₃向稳定态α-Al₂O₃的转变伴随着一定的体积收缩，容易引起Al₂O₃膜的开裂。因此，如何促进稳态α-Al₂O₃的快速形成是进一步提高高温防护涂层使用性能的关键。
本研究首次提出高温防护涂层氟化改性处理促进单一α-Al₂O₃形成的新方法。TiAl合金表面Si改性铝化物涂层和Ni基高温合金表面NiCrAlYSi涂层氟化改性处理结果表明，未氟化的Si改性铝化物涂层与NiCrAlY涂层表面在氧化初期主要生成针状的θ-Al₂O₃，而氟化处理改性后的涂层在氧化初期直接生成颗粒状的α-Al₂O₃。热稳定性高、粘附性好的α-Al₂O₃氧化膜显著提高了涂层的长期使用寿命。本工作进一步讨论了氟化促进稳态α-Al₂O₃的相关形成机制。