cvd法渗铝设备及工艺分析word格式论文.docx

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cvd法渗铝设备及工艺分析word格式论文

摘要先进燃气轮机为追求高“推重比”,不断提高涡轮进口温度,使得燃气轮机叶片的工作条件越来越苛刻,对其用材的性能要求越来越高。目前广泛用于制造燃气轮机叶片的镍基合金,受自身熔点的限制,依然无法满足此要求。空心叶片的出现,虽然在一定程度上达到了气冷效果,但同时也使叶片内孔道的温度越来越高,内腔表面腐蚀越来越严重。现在叶片内孔道防护工艺一般是包埋法渗铝、气相渗铝(VPA)和化学气相沉积(CVD)渗铝。然而包埋法存在着粉末易烧结、堵孔和渗后难清理的问题;VPA工艺依然使用粉末,不环保且工艺可控性有限;CVD法使用HCl气体作活化剂,渗后无渗剂的清理问题,无烧结、堵孔的危险,且涂层的抗高温氧化/耐热腐蚀性能优于前两者的,涂层也“最洁净”。本课题首先借助计算机软件HSC-chemistry5对CVD渗铝体系中渗铝剂及渗铝反应机理进行热力学研究。Al与HCl反应主要形成AlCl3(g),以及少量AlCl2(g)和AlCl(g)。在520K以上,Al与HCl反应才可生成AlCl(g)。生成的AlCl和AlCl2可能主要以AlClH2、AlCl2H的形式存在,而AlCl和AlCl2单独存在却很少,这是缘于化学键成键原理,AlClx中Al外层3个电子需全部成对,该物质才可稳定存在。温度升高、压强降低会使AlCl2(g)和AlCl(g)的生成量增加。只有低价氯化物AlCl2(g) 和AlCl(g)才能在基体表面释放出Al,且AlCl(g)释放出Al比AlCl2(g)更容易,而AlCl3(g)则难以反应。本课题在了解了渗铝剂及渗铝反应机理的基础上,进行了CVD 渗铝设备及工艺设计。CVD渗铝设备设计成双室结构——气体铝化物发生炉和高温渗铝炉。CVD 渗铝体系采用N2-HCl-H2供气体系供气;CVD渗铝系统由反应系统、控制系统、尾气处理系统组成。反应系统用以形成气相铝化物AlClx和AlClx发生渗铝反应。控制系统又分为温度、压强及流量控制系统。尾气处理系统则采用真空泵抽出尾气—冷却—除尘—尾气处理。CVD渗铝炉由反应罐、加热元件、保温体、密封系统组成。反应罐采用低铁含量的高镍铬合金制造,加热功率为30kW,保温体采用300mm厚的硅酸铝纤维制造。本课题完成了Inconel718和AISI304在1000℃时4h的CVD渗铝试验以及渗铝样品在1100℃的氧化试验。Inconel718和AISI 304表面的CVD渗铝层均有三层结构(外层、中间层、互扩散层),渗铝层总厚度分别117.8μm、560.2μm;渗铝层外层Al含量均较高,Al含量分别高达46.84at.%、32at.%。在1100℃高温氧化时,Inconel718和AISI 304渗铝样品均拥有明显优于基体(未渗铝样品)的抗高温氧化性能;AISI 304渗铝样品的抗高温氧化性能优于Inconel 718未渗铝样品的,这为IAISI304不锈钢渗铝后代替高档不锈钢甚至镍基合金的使用提供了可能性。关键词:CVD渗铝机理,CVD渗铝设备,渗铝层成分,抗高温氧化性能IIABSTRACTTheturbineinlettemperatureisconstantlyincreasedforadvancedgasturbinesin pursuitofhigherRatioofThrustandMass.Theworkingconditionofgasturbine bladesbecomesmoreandmorestrict,andtheperformancerequirementofturbineblade materialsishigherandhigher.Thehollowbladeachievestheeffectofaircooledtoa certainextent,butitalsomakesthetemperatureinthehollowhigherandhigher,andthe corrosiononthehollowsurfacemoreandmoreserious.Therefore,itisparticularly importanttochooseasuitablecoatingandprocessforbladecoolingchannelprotection. Therearegenerallypackcementationaluminizing,gasphasealuminizing(VPA)and chemicalvapordeposition(CVD)aluminizinginthebladechannelprotection technology.However,itexistssintering,cleaningandblockingproblemsofpo

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