Cr-Al-N/CrN和Al2O3防护涂层的高温腐蚀行为

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	Cr-Al-N/CrN和Al2O3防护涂层的高温腐蚀行为
	朱明
学位类型	博士
导师	李美栓
	2006-06-19
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料学
关键词	高温氧化热腐蚀 Cr1-xalxn涂层 Crn/cr1-xalxn涂层 Al2o3涂层
摘要	表面防护涂层是一种改善高温结构材料抗高温腐蚀性能的有效途径。目前，高温防护涂层正朝着高性能、复杂结构、多功能化方向发展，以满足苛刻的服役环境要求。本文采用溶胶-凝胶法、磁控反应溅射法分别制备了Al2O3、Cr1-xAlxN涂层并研究了涂层对Ti3Al基合金、K38G合金的防护效果。在研究Cr1-xAlxN (0≤x≤0.47)涂层高温氧化行为及热腐蚀行为的基础上，发展了一种在宽温度范围内兼具抗高温氧化与抗热腐蚀优良性能的CrN/Cr1-xAlxN双层结构涂层。得出如下主要结论： 1.采用溶胶-凝胶法制备的厚度小于1m的Al2O3涂层可以降低Ti3Al基合金在900-1000oC的恒温氧化速率并明显提高合金在800oC时的抗循环氧化性能。Al2O3涂层降低了合金/涂层界面的氧分压，促进了Al2O3的生长，从而提高了合金的抗氧化能力。 2.Cr1-xAlxN涂层的沉积速率、微观结构、择优取向、晶格常数、晶粒尺寸、成分、残余应力以及粘附性能与沉积过程中的反应气体含量、Cr靶与Al靶的功率密度比以及基体偏压相关。在大流量反应气体和施加-50V的基体偏压条件下所制备的Cr1-xAlxN涂层综合性能最优。 3.随着Al含量的增加(即x值增大)，Cr1-xAlxN涂层在800-1100oC的抗氧化能力不断提高。涂层在800-900oC和1000-1100oC 氧化以后的氧化膜的组成分别为-Al2O3 + Cr2O3混合氧化物和(Cr,Al)2O3固溶体，在氧化膜的表面都有纯的Cr2O3颗粒镶嵌其中。 Au标记实验表明，Cr1-xAlxN涂层的氧化过程由O向内扩散控制，新的氧化物在已生成的氧化膜内形成。在氧化过程中，同时有少量的Cr沿着氧化膜中的快速扩散通道传输至氧化膜/空气界面附近和O反应形成Cr2O3颗粒。Cr的扩散能力和涂层中的Al含量及氧化温度有关。在800-900oC和1000-1100oC两个温度范围内，Cr1-xAlxN涂层能分别显著降低Ti3Al基合金和K38G合金的氧化速度。在氧化过程中Cr1-xAlxN涂层和Ti3Al合金基体之间发生了元素的互扩散，互扩散程度和涂层中的Al含量成正比。 4.涂层的抗热腐蚀能力和涂层中的Al含量成反比。在所研究的Al含量范围内，Cr1-xAlxN涂层的抗热腐蚀能力优于Ti3Al基合金。涂层在热腐蚀过程中生成的腐蚀产物为Cr2O3和-Al2O3，在熔盐中Cr2O3的优先溶解可以起到降低熔盐碱度、保护-Al2O3的作用。在熔融硫酸盐中引入Cl离子可以加快涂层的热腐蚀速度。 5.CrN/Cr1-xAlxN涂层在温度高于1000oC氧化时，因为在涂层表面能够生成以-Al2O3为主的氧化膜而具有接近或优于单层结构Cr0.53Al0.47N涂层的抗氧化性能。而在以热腐蚀为主要破坏形式的环境中，即便外层富Al的氧化膜在熔盐中发生溶解而失去保护性，但因为涂层内层富Cr能迅速形成抗热腐蚀的Cr2O3膜，从而使这种结构的涂层同时也具有很好的抗热腐蚀性能。
页数	157
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16920
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	朱明. Cr-Al-N/CrN和Al2O3防护涂层的高温腐蚀行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.