Page 23 - 理化检验-物理分册2019年第二期

陶 翀, 等: 等离子喷涂 MCrAlY 涂层的高温氧化性能

表 ３ 所示. ７００ ℃ 时, 两种涂层拟合的氧化动力学 表４ 氧化物生成吉布斯自由能 Δ f G 及最低氧分压 p
曲 线 方 程 的 二 次 项 和 一 次 项 系 数 分 别 为 Tab敭４ Gibbsfreeener gyΔ f Gandtheminimumox yg enp artial p ressure p
ofoxidesformation
－２．６４９×１０ 和 ０．０５５ .
－４
－１
表 ３ 拟合的氧化动力学曲线方程 Δ f G /( kJ mol )
氧化物 最低氧分压 p / Pa
Tab敭３ Fittedoxidationkineticscurvee q uation ７２７ ℃ １２２７ ℃
氧化温度 / ℃ 拟合曲线方程 Al ２O ３ －１３６２．４ －１１４６．９ １．３２×１０ －３０
－４ ２
７００ y＝２．６４４＋０．０５５x－２．６４９×１０ x Cr ２O ３ －８６１．６ －７３１．０ ２．５３×１０ －１７
NiCr ２O ４ －１８．６ － ２１．１ －
２．３ 涂层氧化形态和成分
NiAl ２O ４ －１５．３ － １９．９ －
表 ４ 是 MCrAlY 合金中的镍、 铬、 铝等主要元
素在高温氧化过程中生成相应氧化物所需要的吉布 和 C２ 涂层在 ７００ ℃ 氧化 １００h 后表面显示出不同
斯自由能和最低氧分压 [ １７Ｇ１８ ] .从表 ４ 可以看出, 在 的形态特征. C１ 涂层表面出现了较多的白亮絮状
氧化过程中生成的各种氧化物中, 由铝元素氧化生 物, 经能谱分析, 其中铬和氧的含量较高, 初步判断
;
成 Al ２O ３ 的吉布斯自由能最低, 且所需的最低氧分 为 Cr ２O ３ 氧化后的 C２ 涂层表面较 C１ 涂层的更为
压也最小.这表明, 在同一氧化气氛下的各种元素 平整, 其表面出现了一些球状氧化物, 还出现了条状
竞争氧化过程中, 铝元素具有优先氧化的趋势, 涂层 裂纹, 说明此时的 C２ 涂层已经出现了结构性的破
表面的 Al ２O ３ 膜极易形成. 坏.对 C２ 涂层表面生成的球状氧化物进行能谱分
析, 发现其含有氧、 铝、 铬、 钴等多种元素, 初步判断
图 ６ 为 ７００ ℃ 时氧化 １００h 后涂层表面 SEM
其为多合金成分的氧化物.
形 貌及相应的能谱分析结果. 从图 ６ 可以看出, C１

图 ６ ７００ ℃ 氧化 １００h后 C１ 和 C２ 涂层表面 SEM 形貌及相应的 EDS谱
Fi g 敭６ SurfaceSEM mor p holo g iesofC１andC２coatin g safteroxidizin g at７００ ℃for１００handthecorres p ondin gEDSs p ectra
a C１coatin g SEM mor p holo gy b C２coatin g SEM mor p holo gy c C１coatin g EDSs p ectrum d C２coatin g EDSs p ectrum
( ２ )涂层结构呈平行于涂层与基体结合面的层
３ 结论
状结构, 涂层中存在着一些半熔化颗粒、 微裂纹和灰
( １ ) 大 气 等 离 子 喷 涂 MCrAlYＧCrO 和 黑色氧化物, 且这些微裂纹都平行于涂层与基体结
MCrAlYＧAlO 涂层中存在 Cr ２O ３ Ni ３Al , Al ２O ３ 三 合面方向.
,
种物相, 且存在部分非晶相, 这是由于熔融颗粒在形 ( ３ ) MCrAlYＧCrO 和 MCrAlYＧAlO 涂层在高
成涂层的过程中, 其冷却速率达到了非晶形成冷却 温氧化初期阶段, 其氧化速率较快, 后期氧化速率逐
速率, 从而形成了非晶态组织. 渐趋缓.在高温状态下涂层表面分别生成了铬和铝

８ ２