激光熔覆镍基复合涂层组织重构及宽温域摩擦学机制研究
编号:14 访问权限:仅限参会人 更新:2026-03-09 15:51:07 浏览:7次 口头报告

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摘要
为满足先进航空发动机气路密封系统对宽温域耐磨防护的严苛需求,本研究采用激光熔覆这一先进表面改性技术,制备了纯 NiCoCrAlY 及分别引入 Cr₂O₃ 和 B₄C 的高温耐磨复合涂层。研究聚焦于不同增强相对涂层非平衡凝固组织演变的调控作用,以及多相复合体系下的表层强化与宽温域摩擦磨损机制。微观组织分析表明,纯 NiCoCrAlY 涂层主要由 γ-Ni 固溶体与网状 α-Cr 组成,并在熔覆极速冷却的非平衡凝固过程中生成了少量 Y₂O₃。引入增强相后,涂层的相组成与微观结构发生了显著的演变与重构:在 NiCoCrAlY/Cr₂O₃ 体系中,熔池内发生强烈的原位铝热还原反应,抑制了 α-Cr 的生成。涂层相组成转变为 γ-(NiCoCrAl) 基体、球形 α-Al₂O₃ 以及针状 θ-Al₂O₃;其中,针状 θ-Al₂O₃ 呈现出独立分布或依附于 α-Al₂O₃ 颗粒沿其外延形核长大的双重特征。而在 NiCoCrAlY/B₄C 体系中,B₄C 添加相在高温熔池下发生完全分解,涂层相组成最终演变为纯粹的 γ-Ni 固溶体以及原位合成的 Cr₂B 与 Cr₂₃C₆ 碳硼化合物。在表层强化与力学行为演变方面,B₄C 的引入依托原位合成的碳硼硬质网络,实现了涂层硬度的显著跃升与表面弥散强化;而 Cr₂O₃ 诱发的铝热反应则改变了原始组织骨架,使涂层发生明显的“强塑性倒置”。宽温域摩擦学行为测试进一步揭示了改性涂层差异化的抗磨与润滑机制:纯涂层在高温下生因表面氧化膜脆性剥落极易引发疲劳失效;NiCoCrAlY/Cr₂O₃ 改性涂层在高温下通过表层摩擦化学反应,烧结形成致密的尖晶石/Cr₂O₃ 连续釉质层,实现有效的高温固体润滑并大幅降低摩擦系数;NiCoCrAlY/B₄C 改性涂层则依托中低温区的硬质相抗犁削作用,以及高温下富含低熔点 B₂O₃ 玻璃态液相的表层自愈合效应,在全温域内展现出卓越的表面抗磨损与摩擦学稳定性。此研究为新一代航空发动机宽温域密封涂层的设计提供了重要的理论支撑。
关键词
激光熔覆;Ni基高温耐磨涂层;组织演变过程;摩擦磨损机制
报告人
博怀 段
学生 西安理工大学

稿件作者
博怀 段 西安理工大学
磊 贾 西安理工大学
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重要日期
  • 04月26日

    2026

    会议日期

  • 04月16日 2026

    初稿截稿日期

主办单位
中国机械工程学会
承办单位
中国机械工程学会表面工程分会
中国科学院兰州化学物理研究所 润滑材料全国重点实验室
中国航天科技集团兰州空间技术物理研究所
甘肃省化学会
甘肃省材料学会
兰州城市学院
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