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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
镍基高温合金由于具有热稳定性好、高温强度和硬度高等特点，被广泛应用于航空航天发动机和地面燃气轮机等关键部件，但是其潜力已得到相当充分的发挥，而且所要承受的工作温度已接近其初熔温度，要解决这个题目，必须将镍基高温合金与保护涂层结合起来使用。Pt改性铝化物涂层具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能，成为近年来研究的热点。然而由于涂层和基体合金是扩散连接的，在高温使用时，涂层/基体互扩散是影响涂层寿命的关键因素。本文采用扩散偶方法与高斯函数法、Boltzmann-Matano和Dayananda等扩散理论研究了铂改性铝化物涂层与镍基合金的互扩散行为，通过DICTRA软件初步建立了Ni-Pt-Al三元体系动力学数据库，由扩散模型计算了涂层中活性元素Al的扩散系数，揭示了涂层/基体的扩散机理。主要研究内容及结果如下： 本文分别研究了Ni(bulk)-Pt(film)薄膜扩散偶和Ni(bulk)-Pt(bulk)固-固扩散偶，得到的EPMA实验结果分别采用高斯函数解和Boltzmann-Matano法进行计算。研究结果显示，薄膜法得到的平均扩散系数，在同一温度下，0.5h的扩散系数比4h的扩散系数高2~3倍，这说明薄膜扩散初期存在晶界扩散。通过固-固扩散偶得到了与浓度相关的互扩散系数，Pt浓度范围在0~100%(at.%)时，互扩散系数的变化范围在一个数量级内，当Pt含量约为50%时达到最大值，这种变化与控制扩散的热力学因子的变化相对应。根据固-固扩散偶的计算结果，计算了1150，1250和1300℃时的平均扩散系数分别为：5.33×10-15，2.37×10-14和4.81×10-14m/s2，1150℃时的扩散系数比薄膜扩散偶的结果低一个数量级，并且扩散温度越高，时间越长，两组扩散系数越接近。研究结果表明，薄膜扩散偶和固-固扩散偶均可作为研究Ni-Pt二元扩散的方法，固-固扩散偶得到的扩散系数可以应用到涂层或薄膜体系中，首次计算得到的Pt浓度范围在0~100%(at.%)时Ni-Pt二元互扩散系数对Ni-Pt二元动力学数据库的建立具有重要的意义。通过Pt/β-NiAl反应扩散偶，对Ni-Pt-Al三元体系在1150、1200和1250ºC下的相平衡及扩散进行了研究。Pt3Al和α-NiPt(Al)相的形成和生长主要受扩散控制， (m2/s)的阿伦尼乌斯表达式分别为 和 。采用Dayanada理论计算得到了Pt3Al和β-NiAl相的三元平均扩散系数，其中交叉扩散系数 为负值。通过 - 直线拟合，得到了Pt和Al在β-NiAl相的扩散激活能分别为249和204 kJ/mol，在富Al相区域，元素Pt按照形成Ni空位的次近邻跳跃机制进行扩散。 针对本文的实验和文献中Ni-Pt二元系FCC相扩散数据进行了严格评估，利用DICTRA软件首次建立了FCC Ni-Pt的扩散动力学数据库；由于文献中缺少Al-Pt相关的扩散数据，本文采用半经验公式对Pt在FCC Al中的杂质扩散系数进行了计算，通过Vignes-Birchenall经验公式计算了Al-Pt FCC相的互扩散系数，基于最新报道的热力学参数和相关的扩散数据，首次建立了Al-Pt FCC相的动力学数据库；基于FCC Ni-Pt、FCC Al-Pt、FCC Al-Ni动力学数据库和可靠地热力学数据库初步建立了Ni-Al-Pt FCC相的动力学数据库，通过计算结果与文献中实验数据的比较，可以看出所获得的原子移动性数据库能够很好的预测实际情况。因此，可以采用本文建立的原子移动性数据库来模拟Ni-Al-Pt体系的扩散控制过程，为模拟涂层/基体互扩散行为奠定了基础。基于菲克第二定律建立了涂层高温氧化过程的扩散模型，计算了1050和1150ºC涂层恒温氧化时Al的平均扩散系数分别为1.9×10-16和7.0×10-16m/s2，对比文献中β-NiAl相和本文计算得到的β-(Ni,Pt)Al相中Al的扩散系数，得到Al在如下相中的扩散系数的大小为：β-(Ni,Pt)Al相﹥β-NiAl相﹥涂层，该结果表明Pt并不是作为扩散障阻挡了涂层中Al的扩散。通过扩散模型计算了涂层表面Al浓度随时间变化的关系，预测了Pt改性铝化物涂层的使用寿命，对影响涂层寿命的因素进行了探讨，提出了提高涂层寿命的方法。 |
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发表于 2022-8-27 18:20:06
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