燃气轮机热障涂层高温腐蚀研究综述

[目的]为了梳理燃气轮机热障涂层服役过程中的高温腐蚀问题,[方法]对燃气轮机热障涂层腐蚀类型和提高抗腐蚀性能的方法分别进行了归纳分析,并展望了提高热障涂层抗腐蚀性能的发展方向。[结果]经归纳分析,燃气轮机热障涂层腐蚀类型主要包括:陶瓷层高温相变、粘结层氧化、盐雾腐蚀、CMAS腐蚀以及燃料杂质腐蚀。提高热障涂层抗腐蚀性能的方法主要有:发展新的抗高温腐蚀涂层材料、进行涂层表面防腐处理、改变涂层系统结构以及提高燃气轮机辅助清洁功能。[结论]未来开发性能优异的新材料仍是提高热障涂层抗腐蚀性能的主要方向,而改进涂层结构设计、材料纳米化对提升热障涂层抗腐蚀性能有很大潜力。随着陶瓷基复合材料的发展,对涂层的高温腐蚀研究将逐步从热障涂层转向环境障涂层(EBC)。     

2519铝合金表面微弧氧化膜的结构与耐蚀性能

研究了2519铝合金微弧氧化膜表面形貌、截面形貌特征与成分分布特点、相结构以及微弧氧化膜的耐蚀性能.结果表明,氧化膜为55 μm厚膜时主要由α-A12O3、γ-A12O3和A16Si2O13组成,并有非晶相;截面形貌呈现明显的两层结构特征,致密层厚约35 μm,表面疏松层厚约20 μm.致密层中Al、Cu、O含量均高于表面疏松层的,而表面疏松层Si含量明显高于致密层的,A16Si2O13主要分布于表面疏松层.该氧化膜使铝合金试样的Icorr减小3个数量级以上,并明显提高了腐蚀电位.     

超声冲击对 Q235钢表面等离子喷涂涂层组织及抗热震性能的影响

利用等离子喷涂技术在Q235钢表面喷涂Mo涂层及Mo/A12 O3-TiO2复合涂层,对所制备的涂层进行超声冲击处理．利用SEM等分析测试手段,研究了超声冲击前后涂层表面的宏观及微观组织形貌;通过热震试验,研究了超声冲击对涂层热震性能的影响．结果表明：超声冲击处理对复合涂层的抗热震性能影响不大,且均优于 Mo涂层．但超声冲击处理对Mo涂层的抗热震性能影响较大,热震失效次数由超声冲击处理前的87次提高至超声冲击处理后的96次．Mo涂层的失效形式则主要表现为小块剥落直至最终剥落面积超过总面积的1/3而失效,复合涂层的失效形式主要表现为整体剥落．     

基于40Cr杆件的防腐涂层腐蚀试验研究

在保证抗拉强度的情况下,为降低40Cr杆件表面腐蚀并提高其表面硬度,本文设计了镍铬合金/金属陶瓷复合涂层及镍铬合金/含防污剂的微纳米Al2O3.TiO2复合涂层,并对WCCoCr、CrCCrNi、Al2O3.TiO2及氧化铬等陶瓷涂层进行了中性盐雾腐蚀、电偶腐蚀、实海腐蚀等试验,试验结果表明高速火焰+爆炸喷涂微纳米Al2O3.TiO2复合涂层综合性能良好,可有效提高杆件的耐腐蚀性能和表面硬度。     

结晶器CuNiCoBe合金表面等离子喷涂WC-Co及Mo/WC-Co复合涂层的性能

采用等离子喷涂方法在CuNiCoBe合金表面制备了单一WC-Co涂层和Mo/WC-Co复合涂层.利用扫描电镜(SEM)对涂层的微观形貌进行观察分析,并对涂层的结合强度、抗热震性能以及涂层的摩擦性能分别进行了研究.结果表明:涂层为典型的层叠结构,涂层与基体、涂层与涂层之间结合良好;复合涂层与基体间的结合强度及涂层的抗热震性能均优于单一涂层;WC-Co涂层的平均摩擦系数随着温度的升高而下降.     

改性铝合金在蒸馏法海水淡化装置的初步应用研究

选用阳极氧化和TiO2纳米颗粒填充聚氨酯涂层的铝合金管作为水平管降膜蒸发器的换热管.考察了海水喷淋密度、改性方式、海水蒸发温度对水平管降膜蒸发传热特性的影响,分析了铝合金的耐腐蚀性和抗垢性.实验结果表明,随着海水喷淋密度和蒸发温度的增加,降膜蒸发传热系数先逐渐增加,随后趋于稳定;阳极氧化铝合金的传热系数高达13 000 W/m2·℃,表面氧化层可以抑制碳酸钙的成核与生长,但换热管表面出现少量点蚀;有机涂层铝合金的传热系数达到11 000 W/m2·℃,表面未发现海水腐蚀和难溶盐的结垢.     

HVAF制备铝基非晶合金涂层及其腐蚀行为研究

[目的]为提升2024铝合金表面的耐蚀性能,开展先进涂层制备技术及其腐蚀行为研究。[方法]采用空气超音速火焰喷涂(HVAF)制备铝基非晶合金涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对非晶涂层及2024铝合金基体的成分、微观结构进行分析。采用电化学工作站监测非晶涂层和铝合金基体在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为,并借助扫描电子显微镜对腐蚀形貌进行观察。[结果]结果表明:HVAF工艺较高的喷涂速度有效降低了涂层的孔隙率(0.35%);同时,较高的喷涂速度使得熔化颗粒的冷却速度高于非晶形成所需的临界冷却速率,极大增加了涂层的非晶含量(高达81.3%)。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,铝基非晶合金涂层的耐蚀性能优于2024铝合金基体,其钝化电流密度为8×10~(-6)A/cm~2,点蚀电位约为-0.30VSCE,低频下的阻抗值约为2024铝合金基体的4倍。铝基非晶合金涂层的腐蚀机制为均匀腐蚀,而2024铝合金基体为点蚀。[结论]HVAF工艺可制备具有高非晶相含量、低孔隙率的铝基非晶合金涂层,能明显改善铝基非晶合金涂层的耐蚀性能。     

钛合金微弧氧化技术在修造船中的应用

微弧氧化是一种在有色金属及其合金表面原位生长陶瓷膜的新技术,在西方舰船上已得到广泛应用。文章简述了表面微弧氧化技术在钛合金中的应用情况,对陶瓷膜层的表面形貌、截面形貌、膜层厚度、相结构和显微硬度进行了观察测试,并研究了膜层的结合强度、绝缘性、磨损和腐蚀性能。结果表明:膜层厚度可达到24μm,膜基结合强度达到35.2MPa,膜层绝缘性、耐磨性和耐蚀性良好,满足舰船使用需求,在修造船中具有广阔的应用前景。     

铝合金表面状态对搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

研究了铝合金表面状态对搅拌摩擦焊焊接接头组织和性能的影响。试验结果表明:试板表面油污的存在使得焊接接头强度下降为母材的60%左右,同时显著降低接头的塑性;试板表面的氧化膜和油污还会造成焊核区及焊缝前进侧的残余间混结合线缺陷。对焊接接头拉伸断口进行扫描电镜观察发现:拉伸试样的断口中存在油污和A l2O3的聚集物,这些聚集物会成为拉伸时的裂纹源。断口和力学性能综合分析表明:铝合金表面的油污和氧化膜都会降低搅拌摩擦焊接头的强度和塑性。     

燃气轮机热障涂层技术专利分析

热障涂层是一种金属陶瓷复合涂层系统,常用于燃气轮机热端部件表面,以降低基底温度,保护燃气轮机在高温下长期工作。本文对燃气轮机热障涂层制备技术、涂层材料技术、结构设计技术相关的专利进行分析,研究了热障涂层技术相关专利的申请趋势、重点申请国、重点申请人、技术发展路线以及未来的发展趋势等。研究结果表明,我国在电子束-物理气相沉积制备技术、热障涂层梯度结构设计等方面与国外存在较大差距,国内需要在相应技术方面加强研发及专利布局。     

真空钎焊WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层热疲劳试验工艺研究

选用Q235B钢作为基体材料,采用镍包碳化钨颗粒作为硬质相,以BNi-2为钎料,在1 080℃的温度条件下通过真空钎焊技术制备了WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层,对涂层试样进行热疲劳循环试验,循环次数为100次,观察试验后涂层的宏观形貌和微观结构,对涂层的物相组成以及热疲劳裂纹产生的过程进行讨论分析,对包覆涂层热疲劳试验的工艺进行研究.研究结果表明:所得涂层的最佳热疲劳上限保温时间为220 s,下限保温时间为20 s.当上限温度设置为500℃,基本观察不到试样的热疲劳行为;600℃时,涂层出现较粗大的宏观裂纹,在微观界面中观察到裂纹的萌生与扩展;800℃时,涂层出现粗大的贯穿型裂纹,将涂层完全破坏,在微观界面中观察到裂纹的加深加粗及迅速扩展.通过热力学计算可得,当试验上限温度在570℃以下,涂层的热疲劳性能受材料内部的热应力影响较大;当试验上限温度超过570℃时,涂层的热疲劳性能受热应力与粉末氧化的综合作用影响.     

用热喷涂层防止锰铜合金螺旋桨腐蚀的研究

对锰铜合金螺旋桨表现热涂涂层的性能进行了试验，并对采用热喷涂涂层防止螺旋桨腐蚀的可行性进行了研究。试验结果表明：采用高速氧燃料喷涂技术形成的Ｃｕ９５超涂层人有优良的耐空蚀，耐海水腐蚀性能，可作为锰铜系合金螺旋桨表面的防腐涂层。     

从新角度思考低温退火锆合金的优异耐腐蚀性能:基体织构与氧化膜的形核和生长

为了定量分析两个不同织构的锆合金样品上氧化膜晶粒的形核和生长对锆合金耐腐蚀性能的影响,通过高压釜腐蚀实验、电子背散射衍射、X射线衍射、透射电子显微镜以及定量计算分析,对不同织构的锆合金样品上在两个样品生成的氧化膜物相组成、形貌、晶粒大小、织构进行了充分的研究.研究结果表明:单斜相氧化锆晶粒取向在生长过程中发生变化是因为氧化膜中的压应力导致氧化膜晶粒的转动;由于氧化膜转动至优先生长方向是位错移动和重新排列的结果,很容易触发腐蚀动力学转变.因此,当单斜相氧化锆晶粒与锆合金基体表面具有较小错配度的时候,锆合金可以获得更好的耐腐蚀性能.     

海洋工程用铝合金表面微弧氧化膜的耐腐蚀性能

为了制备性能良好的微弧氧化膜层，以提高海洋平台用2Al2铝合金的耐磨性和耐腐蚀性。本实验采用微弧氧化技术，将不同浓度的MoS2颗粒（0 g/L、1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L和8 g/L）添加到电解液中，在2Al2铝合金表面制备微弧氧化膜层。通过扫描电子显微镜和光学显微镜对复合镀层的微观形貌、组织结构进行分析；采用摩擦磨损试验、电化学腐蚀试验等实验方法分析了镀层的耐磨性和耐腐蚀性能。实验结果表明，随着纳米MoS2颗粒含量的增加，陶瓷层表面微孔尺寸减小，微孔数量增加，并且孔洞的分布更加均匀，致密度得到了很大的提高，且膜层厚度随着纳米MoS2颗粒含量的增加先增后减；添加纳米MoS2颗粒后，使得膜层摩擦系数降低，并且基本稳定在0.45左右；当纳米MoS2颗粒含量为4g/L时，陶瓷层的耐腐蚀性能最好。     

纳米氧化锆材料等离子喷涂涂层性能研究及应用

舰船设备表面在高温、高湿、盐雾、酸雾的作用下产生严重腐蚀,需要进行有效防护。文章在解决纳米氧化锆等离子喷涂工艺的基础上,成功地获得各种厚度的涂层,并采用王水对纳米氧化锆材料涂层进行耐酸性试验。通过电子显微镜（SEM）观察到王水侵蚀后的涂层结构仍然完整致密,具有很好的耐酸性,可应用于舰船防腐防漏。同时对纳米和非纳米氧化锆两种材料涂层的抗热震性能进行比较。试验结果表明．纳米氧化锆材料涂层抗热震性能优于普通氧化锆涂层,可适用于舰船动力装置高温部件隔热防护。     

铝合金表面涂覆纳米氧化铈掺杂氧化硅及其耐腐蚀性研究

铝合金以其密度小、耐腐蚀性及力学性能优越而被广泛关注,特别是航海领域,但是铝合金化学性质活泼、表面氧化层易于破损,使得其易于被海水腐蚀限制了铝合金在航海中的应用。纳米氧化铈具有很好抗海水腐蚀和抗微生物腐蚀作用,但纳米颗粒也存在直接涂覆难的问题。掺杂氧化硅的纳米复合氧化膜便于涂覆且具有更好的耐腐蚀性能,复合膜层可以有效抑制膜层基体降解剥落。本文对不同热处理温度和不同掺杂比例的氧化铈和氧化硅对铝合金表面耐腐蚀性的影响进行研究,得到耐腐蚀性能最好的热处理温度和掺杂比。     

连接体用Co-Mn基合金与尖晶石涂层的设计及其初期热生长与导电性能研究

Mn_xCo_(3-x)O_4尖晶石具有很好的铬离子外扩散抑制性能,且通过调整组成可设计最佳的热膨胀系数与电导率,以满足铁素体连接体的应用.Co-Mn合金涂层在热生长/氧化过程中要转化为性能优异的尖晶石层,除受到涂层成分、厚度与制备方法等因素的影响,还受到热生长过程中的氧分压、温度等的影响.文中通过研究高Mn的Co-40Mn和低Mn的Co-10Mn合金,在不同温度和氧分压下初期热生长特点选择涂层成分,在相对低温(750℃)时氧化物组分受氧分压影响明显;并研究了高Mn合金Co-38Mn-2La和Co-40Mn涂层在固体氧化物燃料电池服役温度中的初期热生长特点,结果表明所生成的产物为Co_3O_4夹杂少量(Co,Mn)_3O_4尖晶石,这与相同反应条件下铸态合金存在着差异.Co-40Mn和Co-38Mn-2La氧化后涂层面比电阻遵循半导体氧化物随温度的变化规律,lg(ASR/T) vs. 10~3/T之间均满足线性关系,Co-38Mn-2La涂层面比电阻值在500～800℃时低于Co-40Mn涂层.     

船用钛合金表面氧化处理工艺研究

基于钛合金优良的性能,已广泛应用于航空、航天、化工、船舶等领域,但其表面的耐磨、耐蚀性等还不能满足某些关键零部件的要求。微弧氧化技术是一种在铝、镁、钛等有色金属及其合金表面原位生长氧化膜的新技术,利用该技术制备的氧化膜具有耐腐蚀、耐磨、硬度高和电绝缘等优良特性。本文阐述了微弧氧化的基本原理,系统研究了船用钛合金微弧氧化的电源参数、电解液配方、工艺等,并明确了氧化膜层质量检测项目。     

NaOH含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜层微观结构和耐蚀性的影响

在由15 g/L Na2SiO3、12 g/L NaAlO2、3 g/L Na2B4O7、5 mL/L C3H8O3、5 g/L C6H5Na3O7及1~4 g/L NaOH组成的硅铝复合电解液中,利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金基体上制备了一系列陶瓷膜层.利用扫描电镜、膜层测厚仪分别研究了陶瓷膜层的微观结构及厚度;采用全浸泡实验和交流阻抗实验测试了膜层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能.结果表明：随着NaOH含量的增加,微弧氧化过程中的起弧电压和终止电压均呈线性下降;膜层的耐蚀性随着NaOH含量的增加先提高后降低,膜厚的变化趋势与其耐蚀性的变化趋势基本一致;NaOH含量的变化主要影响膜层内部致密层的耐蚀性能;当NaOH含量为2 g/L时,膜层最厚,膜层较致密,因而具有较好的耐蚀性能.     

纳米MoS2颗粒对海洋平台铝合金钻探管表面微弧氧化膜的性能影响

为了使海洋平台铝合金钻探管具有优异的耐腐蚀性能,试验采用微弧氧化技术,在海洋平台钻探管用2A12铝合金表面制备氧化铝陶瓷膜。本试验研究了纳米颗粒添加量对微弧氧化膜的微观形貌、组织结构和耐腐蚀性的影响。试验得出：MoS₂纳米颗粒添加量对微弧氧化膜的制备影响较大,随着MoS₂纳米颗粒添加量的增加,微弧氧化膜的厚度有增大的趋势,孔径先增大后减小,膜表面越来越致密光滑;随着MoS₂纳米颗粒添加量的增加,微弧氧化膜的耐腐蚀性能提高,当MoS₂纳米颗粒添加量由0.5g/L增加到2g/L时,腐蚀速率由0.00032g.(dm₂)_-1.h_-1降低至0.00024g.(dm₂)_-1.h_-1。