GH3030管材厂家 GH3030板材性能成分
GH3030概述：GH3030固溶强化型高温合金是早期发展的80Ni-20Cr固溶强化型高温合金，化学成分简单，在800℃以下具好的热强性和高的塑性，并具有良好的耐氧化、冷冲压和焊接工艺性能。合金经固溶处理后为单相奥氏体，使用过程中组织稳定。用于800℃以下工作的涡轮发动机燃烧室部件和在1100℃以下要求耐氧化但承受载荷小的其他高温部件。GH3030具有强热加工及冷加工性能，用于制作化工设备及配套配件。
GH3030化学成分：
应用概况与特殊要求：
主要用于燃烧室和加力燃烧室零部件以及机匣安装边等零部件。
物理及化学性能
热性能
熔化温度范围：1374～1420℃
金相组织结构：
该合金在1000摄氏度固溶处理后为单相奥氏体组织，间有少量TiC和Ti(CN)。
工艺性能与要求：
1.该合金具有良好的可锻性能，锻造加热温度1180℃，终锻900℃。
2.该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
3.热处理后，零件表面氧化皮可用吹砂或酸洗方法清除。
采用等离子喷涂法制备的航空发动机涡轮部件不能满足抗高温和热腐蚀需求。采用真空电弧离子镀
技术 (A IP)在 GH3030镍基高温合金上制备 170～180μm厚的 N iCrA lYSi涂层 ,研究了该涂层 700 ℃下的高温氧化
行为和 760 ℃下的燃气热腐蚀行为。结果表明 :经过长时间的氧化 , N iCrA lYSi涂层表面形成了以 A l2 O3, Cr2 O3为主的氧化膜 ,提高了其抗高温氧化性能 ;经过 760 ℃, 100 h燃气腐蚀试验后 , N iCrA lYSi涂层主要由 N i3A l和 α2Cr相组成 ,N iCrA lYSi涂层明显改善了 GH3030合金的抗低温热腐蚀性能。
GH3030镍基高温合金已成功应用于航空发动机
主燃烧室、加力燃烧室喷嘴等零部件中
现代航空发动机涡轮部件材料要求能够在高温燃气环境下长期
工作 ,为避免其出现氧化和腐蚀 ,需要对其进行防护N iCrA lYSi涂层具有优异的抗高温氧化、抗热腐蚀性能和较高的塑性 ,而且与高温合金基体的结合较好 ,目前已广泛应用于航空发动机高温部件的表面防护
传统的燃烧室喷嘴大多采用等离子喷涂技术制备 ,厚度超过 100μm的防护涂层孔隙率大、与合金的结合也不好。本工作采用真空电弧离子镀工艺在GH3030合金上制备 N iCrA lYSi涂层 ,并考察了涂层的抗高温氧化性能和低温燃气热腐蚀性能。
1. 1 涂层制备
基体选用 GH3030镍基高温合金 ,尺寸为 30. 0 mm×10. 0 mm ×1. 5 mm,表面粗糙度 Ra 为 0. 63～1. 25μm。采用 SS22液体吹砂机进行湿吹砂处理 , 工作压力为 0. 5～0. 6 MPa,磨料粒度 0. 154 mm 以上。采用LCX 252系水基清洗剂在 TP2600C超声波清洗机中对试样清洗 20～30 m in,然后烘干 ;镀膜前将真空室抽至10- 3Pa,通入氩气。首先进行 15～20 m in的离子清洗 ,消除其表面的氧化物和污染物。沉积涂层材料为N iCrA lYSi,基材和 N iCrA lYSi材料成分见表 1
真空电弧镀设备为 A 21000 Vacuum A rc Ion2PlatingUnit型。涂层沉积工艺 :电弧电流 I = 500～600 A,工件偏压 U = 10～30 V,真空度 (6～7) ×10- 3Pa;沉积 10h,涂层厚度为 170～180μm;沉积后置于 VBF230型真空高温炉中进行真空扩散 ,从室温按 9 ℃/m in的速度升温至 870 ℃后再保温 3 h,真空度大于 7. 5 ×10- 3Pa,以增强涂层与基材间的结合力和消除涂层内应力。
1. 2 循环氧化
按照 HB 5258 - 2000钢及高温合金的抗氧化性测试试验方法通则 ,采用循环氧化自动控制设备在 700 ℃进行循环抗氧化试验 ,氧化时间分别为 10 h和 2 000 h,保温 60 min,出炉后在空气中冷却 5 min为 1个周期 ,试验中任试样表面氧化皮自然脱落。在规定的试验周期数(如 1, 4, 7, 10, 20, 50, 100 h等 )称量 ,试样平均质量变化≤0时 ,为该试验条件下材料的循环氧化寿命。
1. 3 抗热腐蚀
按照 HB 7740 - 2004燃气热腐蚀试验方法进行抗热腐蚀试验 :温度 760 ℃,航空燃油流量 0. 2 L /h,人造海水流量 0. 2 L /h。从炉中取出试样任其腐蚀产物自然脱落 ,然后进行称量 ,每 25 h称量一次 ,观察试样表面状态 ,记录质量变化 ,试验时间 100 h。通过碱洗去除腐蚀产物 ,再通过计算单位面积腐蚀失重获得腐蚀速率 v:
1. 4 测试及表征
采用 FEI2Quanta 600型扫描电子显微镜 (SEM )和B rukerD8 Advance型 X射线衍射仪 (XRD)观察分析涂层的截面形貌和相结构 ,选取基体、涂层一定微区 ,用Oxford INCAx 2sight 6427型能量分散谱仪 ( EDS)进行成分分析。
2 结果与讨论
2. 1 涂层的显微结构及成分
图 1为电弧离子镀 N iCrA lYSi涂层经 870 ℃、3 h真空扩散后的显微结构。可见涂层厚度为 170～180μm;涂层与基体形成了冶金结合 ,涂层致密 ,无明显的孔隙和孔洞等缺陷。 EDS分析结果表明涂层成分为10. 76A l20. 81Si 222. 48Cr 265. 95N i。与等离子喷涂相比 ,电弧离子镀技术独有的离子清洗功能提高了涂层质量 ,更适合于喷嘴等高温部件的涂层制备。
图 2为镀覆 NiCrAlYSi涂层试样 700 ℃下氧化 2 000h后的截面 SEM形貌。可见高温氧化后 ,涂层试样表面形成了一层致密的厚氧化膜 ,膜层成分以Al2O3, Cr2O3为
主 (见表 2)。A l2 O3, Cr2 O3具有优异的抗高温氧化性能 ,因而 N iCrA lYSi涂层具备很好的抗高温氧化能力。氧化后涂层成分为 20. 35Cr29. 59A l270. 06N i,与涂层的原始成分相比 ,没有太大变化 ,说明高温氧化并未造成涂层失效 ,涂层中抗氧化性元素 A l, Cr向涂层表面迁移 ,在表面形成了致密的氧化膜 A l2 O3, Cr2O3,涂层的厚度没有明显减少 ,涂层依然具有保护基体合金的作用.
2. 2 氧化动力学行为
试验显示 ,基材 GH3030合金经 10 h氧化后 ,表面就出现黄斑和烧蚀的痕迹 ,经过 2 000 h氧化后表面没有形成致密的氧化膜。N iCrA lYSi涂层经 10 h氧化表面形成了一层薄的黑色氧化膜 ,经 2 000 h氧化 ,表面的氧化膜平整 ,无缺陷和孔洞。图 3为 GH3030合金及其 N iCrA lYSi涂层 700 ℃下循环氧化的动力学曲线。由图 3可见 : N iCrA lYSi涂层的氧化增重随时间延长而增大 ,经过 2 000 h循环氧化 ,依然呈现增重状态 ,说明 700 ℃下涂层寿命超过2 000 h; GH3030合金 700 ℃下氧化数小时后即迅速失重 ,说明已达到其氧化寿命。以上结果表明 , N iCrA lYSi涂层能够提高 GH3030合金的氧化寿命。
图 3 GH30合金试样涂覆 N iCrA lYSi涂层前后的循环氧化曲线
2. 3 热腐蚀行为
在 760 ℃下进行 100 h 的燃气热腐蚀试验后 ,GH3030合金表面及 N iCrA lYSi涂层表面生成了一层腐蚀产物。碱洗后分别计算出涂层与合金的热腐蚀速率为 0. 026 g/ (m2 ·h)和 0. 086 g/ (m2 ·h)。结果表明 ,涂层与合金的腐蚀速率在同一数量级 , N iCrA lYSi涂层提高了 GH3030合金的抗热腐蚀能力。
对经 760 ℃、100 h热腐蚀试验的 GH3030合金及其 N iCrA lYSi涂层试样碱洗去除氧化皮后的 XRD分析见图 4。由图 4可见 , GH3030合金主要由 N i3A l相组成 ,而经过燃气热腐蚀试验 , N iCrA lYSi涂层主要由N i3A和l α2Cr组成 ,改善了合金的抗热腐蚀性能。
N iCrA lYS涂i 层经过 100 h的热腐蚀后 ,表面形成了以Cr2O3为主的膜 ,具有很好的抗腐蚀性能。通常将在Na2 SO4熔点 (884 ℃)以下产生的热腐蚀称为 Ⅱ型热腐蚀 ,即低温热腐蚀。
喷嘴工作温度在 760 ℃,属于低温热腐蚀 ,比 Ⅰ型热腐蚀 (通常在 900 ℃,即高温热腐蚀 )要严重。因此 ,提高合金的低温热腐蚀性能意义更为重大。在含 SO3和氧的环境中 , GH3030合金出现低温热腐蚀 ,先是孕育期 ,随后加速腐蚀 ,最后发生孔蚀。
而 GH3030合金上的 N iCrA lYSi涂层在模拟低温热腐蚀的环境中 ,在表面首先形成了含 A l2 O3, Cr2 O3的氧化膜 ,不仅提高了合金的抗高温氧化能力 ,还形成了抗腐蚀能力好的α2Cr相 ,阻滞了合金的加速腐蚀 ,防止了合金发生孔蚀 ,提高了合金的抗低温热腐蚀能力。
3 结 论
(1)采用真空电弧离子镀技术在 GH3030合金表面制备了厚 170 ～180 μm 的 N iCrA lYSi涂层 ,经 870℃、3 h真空扩散后 ,涂层结构致密 ,与基体结合力好。
(2)经过 700 ℃、2 000 h氧化 , N iCrA lYSi涂层表面形成了一层完整的以 A l2 O3, Cr2 O3为主的氧化膜 ,提高了 GH3030合金的长期抗高温氧化能力。
(3)经过 760 ℃、100 h的燃气热腐蚀 , N iCrA lYSi涂层主要由 N i3A l和 α2Cr相组成 ,改善了合金基体的抗低温热腐蚀性能。
