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精密合金材料应用航空领域改变化学成分使表面合金化

精密合金材料是航空航天领域重要金属材料,很多航空发动机零件在实际应用中对精密合金材料的内部和表面或零件的不同部位有不同要求,如整个零件要求良好的高温强度而表面要求良好的抗氧化和抗腐蚀性能。可以在利用激光熔化的同时,加入不同的合金元素,或者利用离子注入方法加入合金元素,实现表面合金化,改善抗氧化抗腐蚀性能和表面力学性能。

电热合金

精密合金材料表面用Cr-Al-Y进行激光合金化,表面形成Ni-Cr-Al-Y合金层,经高温氧化形成致密而且粘附性好的Al2O3氧化膜,高温抗氧化性得到明显改善[83]。Inconel 718合金基体表面激光熔复Ni-Cr-Al-Hf合金,抗氧化性能大大提高。


精密合金材料用离子注入稀土元素可使铝化物涂层得到改性。在共渗涂层中稀土元素的渗入量很难控制,而离子注入的剂量可以方便地加以调整,而且注入过程不受元素种类、基体成分等因素限制。精密合金材料渗铝层中注入铈和钇,增强了Al2O3膜的粘附性[85]。Co-45Cr合金分别注入低剂量(2×1014个/cm2)和高剂量(2×1016个/cm2)的钇离子,经1000℃高温氧化对比试验[86]表明,注入高剂量钇离子的合金氧化速率低,抗氧化性好。

电热合金

精密合金材料主要原因是钇几乎全部分布在氧化物的晶界,而没有发现含Y的第二相存在。由于注入了高剂量的Co-45Cr合金,表面氧化物晶界上的高浓度钇离子,足以阻止Cr3+离子沿晶界向外短路扩散,控制氧化速率的机制变成了O2-向内扩散。O2-扩散比Cr3+扩散要慢得多,所以注入高剂量的合金抗氧化性要好得多。表面强韧化处理的各种工艺手段,在国内外高温合金零件的生产中广为应用,是一种有效而经济的强韧化方法。


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