鎳基高溫合金抗熱腐蝕性能的研究進(jìn)展

鎳基高溫合金是現(xiàn)代動(dòng)力裝置中的各種渦輪機(jī)葉片以及各種輸氣、輸油管道等的重要材料。鎳基高溫合金在復(fù)雜環(huán)境中的腐蝕往往是造成其材料失效的直接原因。隨著先進(jìn)動(dòng)力裝置的研究開(kāi)發(fā)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心材料，對(duì)高溫合金的要求也越來(lái)越高，特別是其抗氧化和抗熱腐蝕性能，成為研究工作的重點(diǎn)。

提高高溫合金抗熱腐蝕性能的一個(gè)重要而成功的方法是制備表面防護(hù)涂層。目前鎳基高溫合金的表面防護(hù)涂層主要包括熱擴(kuò)散涂層、包覆涂層、熱障涂層3類。擴(kuò)散涂層是用熱擴(kuò)散的方法通過(guò)元素的反應(yīng)擴(kuò)散改變合金表面層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)而得到的具有一定抗腐蝕能力的涂層；包覆涂層是用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒁欢ńM成的金屬、合金或化合物覆蓋到合金的表面上形成的涂層。擴(kuò)散涂層和包覆涂層主要應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)向葉片上。熱障涂層是由陶瓷隔熱面層和金屬粘結(jié)底層組成的涂層系統(tǒng)，作為最新一代的涂層，可適應(yīng)燃燒室中的高燃?xì)鉁囟群透邏毫Φ墓ぷ鳝h(huán)境。研究結(jié)果表明，這種防護(hù)涂層可以在高溫高鹽度環(huán)境中為高溫合金提供良好的抗氧化和抗腐蝕性能。

但是，涂層雖能避免腐蝕介質(zhì)與高溫合金直接接觸，延緩腐蝕過(guò)程，但涂層的高孔隙率增大了涂層與腐蝕介質(zhì)的接觸而積，并且成為腐蝕介質(zhì)的滲透通道。鎳基高溫合金表而的一些鋁化合物涂層在1000℃工作條件下能夠展現(xiàn)出一定的耐腐蝕性能，但不能夠應(yīng)用在1100℃或更高的溫度環(huán)境下，因?yàn)榇藭r(shí)鋁化合物涂層會(huì)完全降解，使涂層喪失保護(hù)作用。另外，鋁化合物涂層中氧化物分布不均勻，在腐蝕過(guò)程中，涂層表面缺少氧化物覆蓋的區(qū)域和涂層孔洞容易受到腐蝕介質(zhì)的攻擊破壞。在高溫腐蝕環(huán)境中工作，涂層的成分會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，從而導(dǎo)致涂層的抗高溫氧化及熱腐蝕的性能減弱，最后喪失對(duì)基體的保護(hù)能力。涂層的退化主要發(fā)生在涂層的兩個(gè)界而處即涂層與氣體以及涂層與基體的兩相界面處。如何解決這些問(wèn)題是進(jìn)一步提高鎳基高溫合金抗熱腐蝕性能的關(guān)鍵所在。