Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA LỚP PHỦ BỀN NHIỆT ĐỘ CAO TRÊN NỀN HỢP KIM NIKEN ỨNG DỤNG CHO TUỐC BIN KHÍ
Ngành:
Kim loại học
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào nghiên cứu chế tạo và đặc tính chống oxy hóa của lớp phủ bền nhiệt độ cao trên nền hợp kim niken, ứng dụng cho tuốc bin khí. Các cánh tuốc bin khí hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, tải trọng lớn và môi trường ăn mòn, ôxy hóa, đòi hỏi vật liệu có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao để nâng cao hiệu suất. Lớp phủ khuếch tán nhôm biến tính bằng platin (Pt) truyền thống có hiệu quả nhưng đắt đỏ. Nghiên cứu này đề xuất thay thế Pt bằng Iridi (Ir), một kim loại nhóm Platin có nhiều ưu điểm như nhiệt độ nóng chảy cao, độ bền tốt, ổn định hóa học, khả năng làm giảm hoạt tính hóa học của các nguyên tố trong nền niken tốt hơn Pt và giá thành rẻ hơn, với kỳ vọng cải thiện khả năng làm việc ở nhiệt độ cao và giảm giá thành lớp phủ.
Luận án đã chế tạo thành công lớp phủ Pt và Pt-Ir chịu ôxy hóa nhiệt độ cao trên nền hợp kim niken ba nguyên Ni-16Al-10Cr và nền siêu hợp kim Ni đơn tinh thể thế hệ thứ tư UCSX-8. Hai phương pháp được sử dụng là mạ điện và phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán. Phương pháp phun phủ bột nhão được đánh giá có ưu điểm hơn, khắc phục được hiện tượng nứt bề mặt và dễ dàng chế tạo các lớp phủ với hàm lượng Ir khác nhau.
Các tính chất đặc trưng và cơ chế bảo vệ của lớp phủ Pt, Pt-Ir trong môi trường ôxy hóa nhiệt độ cao đã được nghiên cứu. Cơ chế này bao gồm sự khuếch tán ngược của nhôm (Al) từ nền ra sát bề mặt lớp phủ để tạo thành lớp oxyt nhôm α-Al2O3 bảo vệ. Pt đóng vai trò hỗ trợ quá trình khuếch tán ngược của Al, trong khi Ir có tác dụng ổn định lớp phủ, làm giảm sự hình thành và phát triển các lỗ rỗng Kirkendall trong lớp phủ và trong nền sau xử lý nhiệt khuếch tán. Ảnh hưởng của hàm lượng Ir đến chất lượng và khả năng bảo vệ của lớp phủ cũng được phân tích. Ir làm chậm khuếch tán của Al ra ngoài bề mặt, hạn chế tốc độ phát triển và ổn định lớp oxyt bảo vệ. Tuy nhiên, khi hàm lượng Ir tăng đến 50% at. sẽ làm mất khả năng khuếch tán ngược của Al và không tạo được lớp oxyt bảo vệ hiệu quả. Lớp phủ Pt-Ir20 (với 20% Ir) thể hiện khả năng bảo vệ tốt nhất trong môi trường ôxy hóa nhiệt độ cao, đồng thời giảm thiểu lỗ rỗng Kirkendall. Cấu trúc pha của các lớp phủ sau khi ủ khuếch tán có dạng γ+γ'/α(NiPt2Al), và pha α chuyển biến thành γ' trong quá trình thử nghiệm ôxy hóa chu kỳ ở nhiệt độ cao.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TUỐC BIN KHÍ VÀ LỚP PHỦ CHỊU NHIỆT TRÊN CÁNH TUỐC BIN KHÍ
- 1.1. Tuốc bin khí và vật liệu sử dụng trong tuốc bin khí
- 1.1.1. Cấu tạo và điều kiện làm việc của tuốc bin khí
- 1.1.1.1. Cấu tạo của tuốc bin khí và môi trường nhiệt độ cao trong tuốc bin khí
- 1.1.1.2. Hiện tượng ăn mòn và ôxy hóa nhiệt độ cao trên cánh tuốc bin khí
- 1.1.2. Vật liệu sử dụng trong tuốc bin khí
- 1.2. Lớp phủ chịu ăn mòn và ôxy hóa nhiệt độ cao trên cánh tuốc bin khí
- 1.3. Các phương pháp chế tạo lớp phủ khuếch tán
- 1.4. Tình hình nghiên cứu lớp phủ chịu ôxy hóa nhiệt độ cao trong nước và định hướng nghiên cứu của Nghiên cứu sinh (NCS).
- CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- 2.1. Chuẩn bị mẫu hợp kim nền
- 2.1.1. Chuẩn bị thành phần và cấu trúc hợp kim nền
- 2.1.2. Chuẩn bị bề mặt hợp kim nền
- 2.2. Chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt và Pt-Ir bằng phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán.
- 2.2.1. Mạ lớp màng Pt
- 2.2.1.1. Thông số bể mạ Pt
- 2.2.2. Mạ lớp màng Pt-Ir
- 2.2.2.1. Thông số bể mạ Pt-Ir
- 2.2.3. Xử lý nhiệt tạo lớp phủ khuếch tán Pt và Pt-Ir
- 2.3. Chế tạo lớp phủ khuếch tán Pt, Pt-Ir bằng phương pháp phun phủ slurry
- CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 3.1. Chế tạo và đặc trưng tính chất của lớp phủ khuếch tán Pt/Pt-Ir trên nền hợp kim Ni-Al-Cr
- 3.1.1. Chế tạo và đặc trưng tính chất của lớp phủ Pt/Pt-Ir trên hệ hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr bằng phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán.
- 3.1.1.1. Kết quả chế tạo các lớp mạ Pt và Pt-Ir trên nền hợp kim Ni-16Al-10Cr.
- 3.1.1.2. Sự khuếch tán các nguyên tố và cấu trúc của lớp phủ Pt/Pt-Ir sau khi xử lý nhiệt khuếch tán
- 3.1.1.3. Sự hình thành pha trong lớp phủ Pt/Pt-Ir
- 3.1.1.4. Đặc tính chịu ôxi hóa nhiệt độ cao của lớp phủ Pt và Pt-Ir trên nền hợp kim Ni-16Al-10Cr tổng hợp bằng phương pháp mạ điện kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán
- 3.1.2. Chế tạo và đặc trưng tính chất của lớp phủ Pt/Pt-Ir trên hệ hợp kim ba nguyên Ni-16Al-10Cr bằng phương pháp phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán.
- 3.1.2.1. Thành phần lớp phủ Pt và Pt-Ir
- 3.1.2.2. Cấu trúc của các lớp phun phủ bột nhão Pt và Pt-Ir sau khi xử lý nhiệt khuếch tán
- 3.1.2.3. Sự khuếch tán nguyên tố trong các lớp phun phủ Pt và Pt-Ir sau khi xử lý nhiệt khuếch tán
- 3.1.2.4. Sự hình thành pha trong lớp phun phủ Pt và Pt-Ir sau khi xử lý nhiệt khuếch tán
- 3.2. Chế tạo và đặc trưng tính chất của lớp phủ khuếch tán Pt/Pt-Ir trên nền hợp kim UCSX-8
- 3.2.1. Kết quả chế tạo các lớp phủ khuếch tán Pt và Pt-Ir trên nền siêu hợp kim đơn tinh thể UCSX-8 bằng phương pháp mạ điện và phun phủ bột nhão kết hợp với xử lý nhiệt khuếch tán.
- 3.2.1.1. Phương pháp mạ điện
- 3.2.1.2. Phương pháp phun phủ
- 3.2.2. Cấu trúc của các lớp phủ sau khi ủ khuếch tán
- 3.2.3. Khả năng chịu ôxy hóa nhiệt độ cao của lớp phủ.
- KẾT LUẬN CHUNG
- NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
- DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN