長(cháng)時(shí)熱暴露對一種抗熱腐蝕單晶高溫合金/Pt-Al涂層體系微觀(guān)組織演化的影響

鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的使役性能，是制造先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機渦輪和導向葉片的關(guān)鍵材料[1,2] 但是，服役溫度的不斷提高和苛刻的服役環(huán)境使葉片發(fā)生高溫氧化和熱腐蝕損傷[3,4] 為了解決這一問(wèn)題，通常將高溫防護涂層涂覆到葉片等部件上，以減緩葉片基體的退化[5~7] Pt-Al涂層可明顯提高合金的抗氧化和熱腐蝕性能，廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機單晶渦輪葉片 在長(cháng)時(shí)高溫服役過(guò)程中，單晶渦輪葉片的涂層/基體間化學(xué)組分差異以及“熱-力耦合”、互擴散反應等因素，使基體、涂層及基體/涂層界面發(fā)生組織退化和性能降低[8~11] 將其在高溫下長(cháng)時(shí)熱暴露，可較好地模擬葉片材料組織退化 研究表明[12, 13]，隨著(zhù)熱暴露時(shí)間的延長(cháng)合金基體中的γ'相遵循Ostwald熟化理論發(fā)生粗化 隨著(zhù)熱暴露溫度的提高γ'相粗化越發(fā)嚴重，甚至形成筏排化 另外，在長(cháng)時(shí)熱暴露過(guò)程中γ基體可能析出TCP相和碳化物退化或分解[14~16] Yuan等[17~20]研究了不同熱暴露時(shí)間、溫度及熱力耦合后涂層體系的組織演變 結果表明：Al元素的向內擴散和Ni元素的向外流失使共格排列的γ/γ'相結構遭到破壞并促進(jìn)TCP相的生成，降低了合金的高溫力學(xué)性能 為了模擬渦輪葉片的服役工況，預先對含涂層試樣進(jìn)行熱暴露然后開(kāi)展蠕變試驗 Alam等[11,21,22]發(fā)現，隨著(zhù)熱暴露時(shí)間的延長(cháng)涂層體系發(fā)生退化，裂紋在界面萌生并沿γ'/β相界、孔洞等缺陷“雙向擴展”，使合金的蠕變性能降低 Han等[23,24]針探究了含滲鋁涂層的K403鎳基高溫合金渦輪葉片的服役損傷機理，發(fā)現涂層在高溫下長(cháng)時(shí)服役過(guò)程中發(fā)生組織退化、產(chǎn)生表面損傷和孔洞 多種損傷的積累加速涂層的剝落，惡化了體系的服役表現 但是，目前針對長(cháng)時(shí)服役后Pt-Al涂層/單晶高溫合金體系的研究，較多的是圍繞基體組織退化、涂層退化和性能惡化，關(guān)于服役溫度對涂層/基體界面演化的影響的研究還比較少[25~27] 鑒于此，本文研究在不同溫度(850℃、1000℃)下抗熱腐蝕單晶高溫合金/Pt-Al涂層體系的長(cháng)時(shí)服役行為，以及界面及界面附近的微觀(guān)組織演化規律，以深入了解微觀(guān)結構演變與互擴散反應之間的關(guān)聯(lián) 1 實(shí)驗方法1.1 實(shí)驗用材料 實(shí)驗用抗熱腐蝕鎳基單晶高溫合金DD413的名義成分，列于表1 用真空感應爐熔煉母合金，用傳統高速凝固Bridgman法(High Rate Solid