K438 叶片涂层前处理：吹砂与预氧化两道怎么配

K438 是抗热腐蚀型镍基等轴铸造高温合金，叶片喷涂前的吹砂与预氧化两道工序配不好，涂层结合力就不够，服役中成片剥落。成分与组织上它以 γ 固溶体为基，γ′ 相占合金重量约 47%~49%，另有 MC 与 M₂₃C₆ 碳化物、M₃B₂ 硼化物，密度 8.16 g/cm³，熔化温度 1260℃ 至 1330℃。

900℃ 抗热腐蚀的定位

这支合金的定位是 900℃ 以下的抗热腐蚀件，与纯抗氧化型合金的区别在于铬含量更高、能形成连续的 Cr₂O₃ 膜并抵抗硫酸盐沉积引起的热腐蚀。含硫燃料燃烧后在叶片表面沉积 Na₂SO₄ 一类的盐，盐膜在 800℃ 至 900℃ 融化，破坏氧化膜的连续性，铬不足的合金在这里迅速退化。涂层的作用是把这一层保护再往前推一档。

吹砂的目的不是清洁而是粗糙化

吹砂有两个作用：去除表面的氧化皮与粘砂，以及把表面粗糙度提到涂层可以机械咬合的水平。砂粒选氧化铝，粒度按涂层工艺给，压力与角度控制得当，过度吹砂会在表面留下 embed 的砂粒与微裂纹，这些缺陷在涂层下成为腐蚀起点。吹砂后要彻底清除残留砂粒，用超声清洗加压缩空气吹扫，残留砂粒是涂层局部剥落的常见原因。

预氧化形成一层薄而致密的膜

预氧化在喷涂前把合金表面在受控气氛中加热，生成一层薄而致密的 Cr₂O₃ 或 Al₂O₃ 膜，这层膜与涂层的化学相容性比裸金属好，能显著提高结合强度。温度与时间按合金与涂层体系定，温度过高膜厚、膜脆，喷涂后应力集中；温度过低膜不连续。预氧化后到喷涂之间的间隔要控制，放置过久表面吸附水分与污染物，膜的有效性下降。

长期时效对组织的影响要提前算

750℃ 至 900℃ 长期时效过程中，MC 碳化物分解并析出 M₂₃C₆，γ′ 相聚集长大，晶界形成 M₂₃C₆ 加 γ 的网络状组织。这层网络对高温强度、塑性与韧性有利，所以不必刻意抑制。但零件过厚或冷却过慢时，晶界会出现粗大的碳化物链，成为裂纹通道。γ-γ′ 共晶与 γ′ 相在 1150℃ 完全溶解，固溶温度按这个上限往下留余量。

涂层后的扩散与性能

铝化物涂层靠扩散形成，涂层与基体之间存在互扩散区，服役中互扩散区会因组元消耗而出现孔洞，称为 SRZ 或二次反应区。K438 的碳含量较高，扩散区更容易形成，涂层厚度不宜过厚，服役温度不宜长期超过设计点。涂层后要做一次扩散处理，温度与时间按涂层体系定，处理后不得再高于该温度加热。

800℃ 的持久与 235 MPa 的取值

公开资料给出的持久数据是 800℃、235 MPa 下超过 20000 小时，450 MPa 下超过 100 小时；室温硬度在 850℃ 时效后为 HBS 373。设计取值应当用 20000 小时那条曲线，而不是 100 小时那条，两者相差一个数量级的应力水平。线胀系数 20℃ 至 800℃ 为 15.6×10⁻⁶/K，热导率 11.85 至 26.63 W/（m·K），涂层与基体的热失配要按这两个数算。

涂层件的验收

一是涂层厚度，用涡流或金相截面测，厚度均匀性比平均值更重要；二是结合力，做热震试验，按规定的温度与循环次数看是否剥落；三是涂层完整性，叶身、缘板、榫头分别检查，榫头一般不喷涂，需要遮蔽；四是基体组织，金相看 γ′ 形貌与晶界碳化物，涂层前的固溶与时效必须已经完成。母合金按 GJB 5512 一类的规范验收，成分与杂质逐炉核对。

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