TC21合金表面Al-Cr复合涂层的高温氧化和热腐蚀行为研究

发布时间：2017-11-15 13:31

本文关键词：TC21合金表面Al-Cr复合涂层的高温氧化和热腐蚀行为研究

【摘要】：TC21合金作为新型高损伤容限型钛合金,具有良好的强度、塑性、断裂韧性以及裂纹扩展速率,成为新一代航空航天领域潜力材料。但抗氧化元素含量低,使TC21合金的抗高温氧化及耐高温热腐蚀性能不足,限制了它的使用范围。针对这一问题,采用双辉技术和射频溅射技术的联合工艺在TC21合金表面制备Al-Cr复合涂层,以提高合金的抗高温氧化和热腐蚀性能。利用SEM、EDS、XRD对Al-Cr复合涂层的微观形貌、元素分布及相组成进行分析,结果表明:Al-Cr涂层表面光滑、致密,无缝隙孔洞;表面相组成主要为纯Al相。涂层截面总厚度约为48μm,与基体成冶金结合,结合力达到58.4N。Al-Cr涂层表面纳米硬度为3.53GPa,弹性模量为142Gpa,合金层显微硬度为993.4 HV0.05。分别在不同温度(650、750、850、950/100h)和不同时间(850/10h、20h、50h)下对Al-Cr复合涂层进行高温氧化试验,结果表明:Al-Cr复合涂层的氧化增重明显小于基体。TC21合金在温度高于650时,抗氧化性能快速下降;Al-Cr涂层在650-850时,表面形成了完整致密的Al_2O_3膜,在950时仅发生少量剥落,但Al含量高,能生成新的Al_2O_3膜,对基体仍有良好的保护作用。Al-Cr涂层的氧化是一个既有氧化膜形成与破裂、剥落,又有元素间相互扩散的过程。Cr扩散至剥落区氧化生成Cr2O3,促进了Al的选择性氧化并增强涂层的自修复能力,显著提高了TC21合金的抗高温氧化性能。分别在不同温度(750、800、850/100h)和不同时间(800/2h、5h、10h、20h、50h)下对Al-Cr复合涂层进行热腐蚀试验,结果表明:Al-Cr复合涂层的腐蚀增重小于基体。在75%Na2SO4+25%NaCl混合盐中Al-Cr涂层表面生成了致密的Al_2O_3膜;当Al_2O_3膜发生碱性熔融时,在溶解区重新生成Cr2O3,使涂层具备自修复功能,提高了TC21合金的抗热腐蚀性。Al-Cr涂层在混合盐中腐蚀前端按硫化-氧化机制前行,氧化物层分布在外部,硫化物层分布在涂层前沿;随温度升高,氧化层厚度增加,而硫化物层厚度减小;涂层在750℃的低温热腐蚀期间,表面生成的Al_2O_3先发生碱性熔融,后发生酸性熔融,表明热腐蚀的扩散模式间是先后关联的。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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