NiCrAlYSi粘结层合金相结构与性能研究

粘结层合金的热膨胀性和抗高温氧化性与其相结构紧密相关,直接决定着热障涂层的可靠性与涡轮叶片的服役寿命.本文将热力学计算与实验研究相结合,综合分析了NiCrAlYSi粘结层合金的平衡相结构,非平衡条件下的显微组织、元素分布,热膨胀系数随温度的变化规律,以及1100℃等温氧化行为.结果表明,合金室温平衡相组成以FCC_L12结构的γ′-Ni3Al为主,还有少量BCC_B2结构的 α-Cr和β-NiAl相;当温度达到870℃以上时,合金由 β-NiAl和 γ-Ni相组成.非平衡状态下,合金基体相为γ-Ni+β-NiAl,其中 γ-Ni被 γ′-Ni3Al相包裹,β-NiAl相上分布着 α-Cr和 γ′-Ni3Al相;元素Si主要固溶在γ′-Ni3Al相中,分布于晶界处;稀土元素Y以Ni5Y形式存在为主,亦在晶界处富集.随着温度由100℃升高至1200℃,热膨胀系数由(11.9±0.17)×10-6K-1增大到(20.5±0.13)×10-6K-1,且当温度达到900℃以上时热膨胀系数增幅显著.1100℃等温氧化样品氧化膜的连续性和致密性较差,且与贫铝层之间存在明显间隙;当等温氧化时间由20h增加至100h,氧化膜厚度由(1.70±0.072)μm增大到(3.28±0.275)μm,贫铝层厚度由(7.48±0.606)μm增大到(10.67±2.654)μm;平均单位面积氧化增重由0.608g·m-2逐渐增加到3.623g·m-2,平均氧化速率先由0.030g·m-2·h-1减小到0.020g·m-2·h-1,后增大到0.036g·m-2·h-1,60h对应的平均氧化速率最低.