Dy、Hf共掺杂NiAl合金高温氧化行为的研究

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发表于 2022-4-19 14:22:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
热障涂层技术是目前最先进的高温防护涂层之一,主要由隔热陶瓷层和抗氧化粘结层组成。目前传统的MCrAlY粘结层无法在1150℃以上长期稳定工作,难以满足新型超高温热障涂层的要求。NiAl体系因其熔点高、密度低和抗氧化性能优异,且具有“自我修复”能力,被认为是新一代热障涂层粘结层的候选材料。然而NiAl在循环氧化过程中表面氧化膜容易发生剥落,活性元素掺杂后可以有效提高氧化膜/基体的结合力。当前研究工作主要集中在活性元素的单掺杂,但其改性效果有限。为了进一步提高NiAl的抗高温氧化性能,有必要对多元掺杂NiAl合金的高温氧化行为展开研究。本文采用真空电弧熔炼方法制备了NiAl、NiAl-0.05Dy、NiAl-0.05Hf、NiAl-0.05Dy-0.05Hf(at.%)四种成分的合金,研究了Dy、Hf对NiAl合金的微观组织结构及抗高温氧化性能的影响。结果表明,NiAl-0.05Dy合金的晶界析出了DyNi2Al3相,晶内为DyNi2Al3和DyNiAl相;NiAl-0.05Hf合金中含有长条状的HfNiAl相以及球状的Al1.65HfNi0.35和NiHf2混合相;NiAl-0.05Dy-0.05Hf合金的晶界析出了DyNi2Al3相,而晶内Al1.65HfNi0.35和NiHf2混合相分布在晶界附近。此外,三种掺杂合金的晶粒均得到了细化。研究了四种成分的合金在1200℃下的循环氧化行为。结果表明,未掺杂的NiAl合金在循环氧化过程中孔洞容易在氧化膜/合金基体界面处形成和长大,氧化膜容易“褶皱”,剥落严重;三种改性的NiAl合金在循环氧化过程中界面处有“钉扎”效应,氧化膜/基体结合很紧密,孔洞减少,氧化膜的剥落较少。综合比较,NiAl-0.05Hf和NiAl-0.05Dy-0.05Hf合金的抗高温循环氧化性能最好。初步揭示了Dy、Hf掺杂对NiAl合金高温氧化行为的影响机理。Dy、Hf单掺杂和共掺杂的影响机理为:(1)改变了氧化膜生长机制,由未掺杂时Al的外扩散和O内扩散同时进行转变为O内扩散为主,从而使氧化膜的晶粒结构从等轴晶转变为柱状晶;(2)减少了循环氧化过程中氧化膜的“褶皱”;(3)沿晶界的氧化物深入基体内部,起到“钉扎”作用;(4)延缓了θ-Al2O3→α-Al2O3的转变,使得相变应力有充分的时间释放,减少氧化膜内部裂纹的产生;(5)抑制了S在氧化膜/基体合金界面处的偏聚,即通过与S作用分别生成稳定化合物DyS和Hf2S,抑制界面孔洞的形成和长大。共掺杂合金中只有Dy与S起作用,因为Dy-S的亲和力强于Hf-S。





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