涂覆NiCrAlY涂层的镍基高温合金热机械疲劳行为_图文

1、 822金属学报第45卷命都比IP TMF低.由于NiC卜A1Y涂层特殊的性质,其韧脆转变温度大约为65019J刚好在实验温度范围内.当试样处于OP条件下,低温循环正好对应拉应力,此时涂层表现为脆性,容易产生裂纹,这样试样就会很快失效;而在IP条件下,拉应力对应高温循环,此时涂层表现为韧性,裂纹很难萌生,所以OP条件下试样的疲劳寿命比IP条件下低.由表1还可以看到,在同种相位条件下,当Aemech/2=0.5%时,HVOF工艺喷涂的涂层试样的疲劳寿命比APS工艺的低;而当Ae。ch/2=0.35%时,刚好相反,HVOF工艺喷涂的涂层试样疲劳寿命比APS工艺的高.为了理解这些实验结果,观察了AP

2、S和HVOF 工艺喷涂后涂层的显微组织,分别如图1a和b所示。可见,HVOF工艺喷涂涂层相当致密,而APS工艺下涂层相对比较疏松且存在较多的氧化条带.NiC卜AlY涂层脆性较大,在高的应变幅下,瞬时脆性开裂后,致密的HVOF工艺喷涂涂层中裂纹扩展会比APS工艺喷涂涂层快,因为APS工艺喷涂涂层存在较多的氧化条带和孔洞,这些氧化条带的界面和孔洞使裂纹扩展路径增多,从而降低裂纹扩展的驱动力,所以HVOF工艺喷涂涂层试样寿命相对较低.在低的应变幅下,致密的HVOF工艺喷涂涂层比APS工艺喷涂涂层难萌生疲劳裂纹,导致APS工艺喷涂涂层试样寿命相对较低.2.2疲劳裂纹的萌生、扩展及断裂图2a和b分别是2

3、种工艺喷涂的试样在OP TMF较高应变幅(Aemech/2=0.5%下疲劳断裂后的断口形貌.可以看出,APS工艺制备的涂层试样的断口呈多裂纹源,经过短暂的裂纹扩展后试样即发生断裂,断口表面凹凸不平,涂层与基体相互剥离(图2a.而HVOF工艺制备的涂层试样的断口周围布满裂纹源,裂纹从枝晶间处萌生并同时向中心扩展,试样瞬间发生断裂,断口表面相对较平整(图2b.2种工艺喷涂的试样在IPTMF较低应变幅(Aemech/2=0.35%下疲劳断裂后的断口形貌分别如图3a和b所示.可以看出,2种断口均呈现多裂纹源,同样发现APS工艺制备的涂层与基体之间存在剥离现象. 围1M963合金表面Ni一25Cr一5A

4、l-0.5Y涂层截面SEM像Fig.1Cross sectional SEM images of M963with Ni-25c卜5Al_o.5Y coating prepared by APS(8and HVOF(b 田2涂覆后M963在OP TMF和。ech/2i=0.5%下的断I-I形貌Fig.2Fractographs of coatedM963samples by APS(aand HVOF(bunder OP TMF andcondition ofAemecll/2;0.5%第7期陈竹兵等:涂覆NiC卜A1一Y涂层的镍基高温合金热机械疲劳行为823为了更详细地观察疲劳裂纹萌生与扩展

5、行为,对涂层试样断口附近的纵向剖面进行了SEM观察,如图4所示.所选的试样机械应变幅Asrilech/2=0.35%.APS工艺喷涂涂层在IP TMF下观察不到二次裂纹(图4a,在OP TMF下发现许多裂纹,裂纹均从涂层表面萌生然后贯穿涂层,直接进去基体或沿着界面扩展(图4b.图4c为HVOF工艺喷涂涂层在IP TMF下的剖面图.裂纹从涂层表面萌生,贯穿涂层后在界面处沿两方向扩展:一是进入基体;二是沿界面扩展.而在OP TMF下不仅观察到裂纹从涂层表面萌生,还可以观察到裂纹从界面处萌生然后分别向涂层与基体中扩展(图4d.从宏观断口和剖面图可以看出,裂纹的萌生与扩展和 图3涂覆后M963在IP TMF和E。ch/2=O.35%下的断口形貌Fig.3b-1ractographs ofcoated M963samples by APS(aand HOVF(bunder IPTMF and conditionofAe。eeh/2-0.35% 图4涂覆后M963在Ae。ch/2=0.35%下的剖面组织形貌Fig.4Micrographs of longitudinal sections of coated M963atmech/2=0.35%(aAPS NiCrAI