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镍基高温合金两大核心技术的发展

2017-06-13 14:09 来源:中联钢
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镍基高温合金广泛用于航空发动机耐热部件、各种工业燃气轮机热端部件以及核电耐热部件等,在高温合金领域占有十分重要的地位。根据核心专利数据分析,镍基高温合金有两大核心技术的发展正在受到关注。
一,热障涂层技术
热障涂层技术是美国NASA中心提出的,将耐高温、高隔热的陶瓷材料涂覆在合金基体表面,作用是降低合金表面温度,可以让合金在更高温度下工作。英国罗罗公司为了提升发动机的耐高温能力,从20世纪90年代开始研发出了热障涂层技术。所研发的热障涂层一般在100~500微米厚,可以降低合金表面温度100℃~300℃甚至更多。第4代镍基高温合金本身大约可以耐高温1180℃,在热障涂层存在下可以使涡轮发动机在1300℃以上环境中工作,从而大大提高发动机的效率和性能。值得指出的是,相临两个代级间的高温合金一般只能提高耐温性能30℃~60℃,而热障涂层技术和气冷技术结合可以直接让高温合金的工作环境提高几百摄氏度,让高温合金产品在更加苛刻的环境下工作,所以成为近年来最重要的研发方向之一。热障涂层由里向外一般由基体、粘合涂层、扩散层以及陶瓷涂层组成基体由Ni-Co基超级合金组成,粘结涂层通常由NiCrAlY合金或者NiCoCrAlY合金组成,扩散层是制备和工作过程中生长的Al氧化层,陶瓷层是耐高温涂层,4层配合工作,从而提高发动机性能。西门子公司的热障涂层制备专利技术在此类专利中具有代表性,且与近年来发展的增加稀土功能元素的研发主流方向具有一致性,依次采用低氧热处理、热扩散稀土元素、惰性气氛热处理、还原气氛增加相比等步骤处理合金粉末,最后等离子喷涂到合金基体表面形成热障涂层。
二,激光熔覆技术
激光熔覆技术的快速发展与热障涂层技术的发展紧密相关。激光熔覆技术目前已成功应用于镍基合金表面热障涂层的制备。激光熔覆具有局部加热和低热量输入等优点,同时激光熔覆超高的温度梯度有利于材料的定向凝固生长。不仅如此,激光熔覆技术还可以用于基材料上外延生长修复单晶合金。目前激光熔覆技术在镍基高温合金领域主要应用在修复基材和修复NiCrAlY或NiCoCrAlY涂层等方面。由于激光熔覆技术在热障涂层制备及高温合金修复领域发挥着越来越重要的作用,所以,也是近年来最重要的研发方向之一。在激光熔覆技术领域,瑞士苏尔寿公司的激光熔覆外延定向生长技术是比较典型的,其中的两项核心专利排在镍基高温合金核心专利被引频次前列,该公司在高温合金领域主要的业务是修复涡轮发动机,在全球100多个国家有其业务分支。已经修复的单晶结构合金包括SRR99,CMSX-4,CMSX-6等在内的多种合金。(钢研)

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