GH2907低膨胀高温合金GH2907氧化性能GH2907应用

GH2907是一种低膨胀高温合金，主要用于制造航空、航天发动机中控制传动件和静止件之间间隙的环形零件。合金投入使用以来，在提高发动机效率、节约燃油等方面显出了良好作用。然而随着使用范围的扩大和使用温度的提高，合金面临一个重要问题,就是抗氧化、抗腐蚀问题,特别是合金在海洋腐蚀环境下工作，这一同题就更加突出。为了提高合金在使用环境下的抗氧化、抗腐蚀性能，隆继集团合金在650℃下的氧化行为和 NiCoCrAly 与 NiCrAl硅藻土复合涂层。采用这一涂层的主要目的是:在提高抗氧化、抗腐蚀性能的同时，能起到缩小间隙的封严作用

试验用料为冶金厂冶炼的工业性材料，加工成环形件后，从环形件上切取试样。氧化试验在650℃大气中进行，经100h、300h、500h、700h和1000h后将试样取出称重，计算出平均氧化速率，然后对试样进行金相、SEM、EDAX和电子探针分析,并对氧化膜成分进行X射线衔射分析。

复合涂层底层采用NiCoCrAly 粉末，其粒度为一140~ +320mm( -140~+320目)，松装比为6.5g/cm2，该底层结合力强，抗氧化性能好。面层采用NiCrAl硅藻土，粉末粒度为-150~ + 320mm ( - 150 ~+320目)，松装比为1.1~1.2g/ em2，面层具有一定的附着力，且不可刮削。涂层采用大气下等离子喷涂，喷涂之前进行表面喷砂处理，以去除表面锈蚀和油渍等附着物。喷涂后测量涂层的结合力，并进行热循环试验和抗氧化性能试验。

650℃下的合金平均氧化速度见表1，氧化增重曲线如图1所示。

从以上结果可以看出，合金的起始氧化速率比较快,随着时间的增加，氧化速率有所降低,但氧化500h后速率又增加。由平均氧化速率得出的合金氧化增重与时间的关系曲线表明，在氧化前期遵循抛物线规律，500h后转为直线规律,这说明500h后氧化加快了。

合金的氧化增重抛物线规律可表示为:(AW/A)= K,t+ c式中、AW/A为单位面积的氧化增重;t为时间;K,为抛物线氧化常数;C为积分常数。

将合金氧化增重抛物线按以上表达式进行回归分析，其直线段的斜率即为K,值。分析结果，在500h以内，为3.25g/(m*-h),K,相对较小,也就是曲线斜率小，合金的氧化增重的平方值较小。具有一-定的抗氧化能力，当然它远低于含Cr的高温合金。

氧化层形貌和组成

图2为合金在650℃氧化1000h后的氧化层形貌和元素面扫描。它分为内外两层，外层呈深灰色，且较为疏松，有的地方存在孔洞、裂纹，面扫描表明面层中含氧元素较多。内层呈浅灰色,比较致密，随着氧化时间的延长，氧化层厚度随之增加，且内层的增长量大于外层，内层与基体之间有的地方可发现树突状的氧化膜向基体内生长。这些树突状条纹在高倍下观察就是微裂纹。由此可知合金的抗氧化性能较差

经能谱和X射线分析结果，合金氧化层外层富Fe、Co，贫Ni、Nb，而内层富Ni、Nb等元素，贫Fe、Co。外层的氧化物组成主要是CoFe,0.，有部分Fe,0,和少量FeO。内层主要为基体和y相,但有少量Fe(Co)氧化物，这可以认为是氧化层和基体之间的过渡层。

由此可知,合金在氧化前呈抛物线规律，主要是由于保护性的 CoFe,0.存在，该氧化层比较完整、致密，有一定的保护作用。随着氧化时间增加,氧化层开始破损，疏松也加剧，氧化层逐渐失去保护作用,合金的氧化速率直线上升，这时的氧化速度完全由Fe的扩散所控制,要提高合金的抗氧化性能，就必须推迟曲线中直线规律的出现。

防护涂层的结合强度

为了提高合金的抗氧化、抗腐蚀性能和缩小间隙，选择了NiCoCrAly 和 NiCrAU/硅藻土进行复合封严涂层,涂层采用大气等离子喷涂,经不同工艺试验后，选择一种较好的喷涂工艺。涂层与基体、底面与面层之间的结合力如表2所示。

从表2可知涂层与基体之间有较好结合强度，平均为42.4MPa，这就可保证使用中不会轻易脱落，并且它的孔隙率也较低，只有2%左右。可起到良好的保护作用。而面层的结合强度稍低一些，这主要是考虑它有利于刮削性能。并且它的孔隙率也较高，为6%左右。图3为复合涂层组织。

防护涂层的热循环和抗氧化试验

用防护涂层的试片进行了热循环和抗氧化试验。热循环试验的条件是在800℃保温3min，然后出炉水冷。抗氧化试验是在800℃保温150h，测量氧化增重和氧化速率，检查表面氧化情况。热循环试验的结果是循环100次后,涂层未破坏,表明有较好的强度，抗氧化试验结果如表3所示

由表3可以看出，合金喷涂复合涂层后,抗氧化性能有了显著提高，100h的氧化速率降低了1倍左右,应该说该涂层对提高合金的抗氧化、抗腐蚀性能是有效的。然而合金在800℃还未达到完全抗氧化级，这可能是由于温度较高，或者是涂层的面层不够致密，氧能够向内扩散，同时基体中的Fe向外扩散,形成氧化膜。要达到 800℃下的完全抗氧化，对涂层需要进一步研究

(1 )GH2907合金在650℃氧化前期,其氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化500h后转为直线规律，说明后期氧化速率加快

(2)采用NiCoCrAly和 NiCrAV硅藻土复合涂层后,合金的抗氧化性能得到显著提高，但800℃、100h 加热后,还未达到完全抗氧化

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