钛合金包埋渗铝及硅铝共渗层组织结构与高温抗氧化性能

发布时间：2020-06-11 10:22

【摘要】：TA15钛合金因具有中等的室温和高温强度,良好的抗蠕变、耐腐蚀及焊接性能,被广泛用于飞机、发动机及导弹等航空航天器结构部件。但将其用于航空航天器金属壳体时,因气动加热产生的高温作用使金属表面快速升温至600oC以上,钛合金的高温抗氧化性能严重下降。本文采用固体粉末包埋渗的方法在TA15合金表面制备渗铝,以及硅铝共渗涂层来提高其高温抗氧化性能。对包埋渗层的组织结构相组成进行表征。研究了不同包埋渗层的的高温抗氧化性能。阐明不同包埋渗涂层的高温抗氧化机理。研究结果表明:在1000oC/4h条件下渗铝(25wt.%)时,可在钛合金表面生长出厚度约为60μm的单一TiAl3涂层。渗铝涂层内部结构致密,没有出现孔洞和裂纹等微观缺陷。在1000oC/4h条件下渗硅(10wt.%)时,可制备出质量较好的渗硅涂层。当硅粉含量为10wt.%,可在TA15合金表面制备出一厚度约为15μm的单一TiSi涂层。渗硅涂层内部结构致密,没有出现孔洞和裂纹等微观缺陷。在1000oC/4h条件下制备了四种不同硅铝含量的硅铝共渗涂层。当硅铝含量为1:1时(15%Si+15%Al),涂层厚度约为18μm并以渗硅为主,涂层以TiSi为主体相并在外层形成较薄的TiAl3相,同时表面存在大量夹杂物;当硅铝含量为1:2时(10%Si+20%Al),涂层厚度约为22μm。涂层外层为TiAl3相,而内层为夹杂大量硅化物(Ti5Si3)的TiAl3相;当硅铝含量为5%Si+25%Al和2%Si+25%Al时,涂层厚度分别约为30μm和40μm并以渗铝为主,涂层主要由渗铝层TiAl3以及其内部较弥散分布的硅化物(Ti5Si3)所组成,同时越靠近基体硅化物越多。硅元素的含量越多涂层的厚度越薄。在渗铝以及5%Si+25%Al共渗涂层表面制备了微弧氧化涂层,得到内层为包埋渗涂层,外层为微弧氧化的复合涂层。其中微弧氧化涂层厚度约为5μm。采用恒温氧化法研究了不同涂层在800oC和900oC空气中的氧化行为。结果表明:不同体系的包埋渗涂层均可明显提高TA15合金基体的抗高温氧化性能。在800o C氧化100h时,基体合金氧化增重3.20mg·cm-2,渗铝试样的氧化增重为1.29mg·cm-2,约为基体合金增重的1/3。共渗涂层中除15%Si+15%Al共渗涂层外,均表现出良好的抗氧化性能。其中5%Si+25%Al共渗涂层的抗高温氧化性能最好,氧化增重为0.19mg·cm-2,为基体的1/17。在900oC下,基体完全不具备抗氧化性能。氧化100h时,基体合金氧化增重为20.33mg·cm-2,渗铝试样的氧化增重为4.06mg·cm-2,约为基体的1/5。共渗涂层中,同样5%Si+25%Al共渗涂层的抗高温氧化性能最好。氧化增重为0.39mg·cm-2约为基体的1/52。同时800oC条件下微弧氧化对包埋渗涂层的高温抗氧化性能有所提高。900oC条件微弧氧化在氧化初期能有效地提高包埋渗涂层的高温抗氧化性能。
【图文】：

钛合金,飞机,军事

第 1 章绪论言传统金属材料相比，钛合金具有良好的常温及高温力学性能、抗腐在军事，航空航天等国防工业领域具有较广泛的应用，常被用于机、发动机及导弹的结构部件。已被世界多个军事强国列为重点发有战略意义的新型结构金属材料[1]。军事方面先进战斗机优异作战性能在很大程度上依赖于先进的高机的应用，而高推重比航空发动机的发展与高温合金的大量应用密近几十年全球不同类型飞机材料中钛合金的含量占比，从图中可机中钛合金的用量呈现稳步增长的趋势。相对来说，越先进的飞用量越多。

二元相图,二元相图,钛合金

图 1-2 Ti-O二元相图[7]氧化性能改善的方法的抗氧化性能成为国内外研究者关注的热点问题。现出的三种方法来改善钛合金抗氧化性能：法。添加合金元素可以改善钛合金的高温氧化层形态在钛合金中添加Si和Cr元素后在合金氧化层的内部分氧化层中呈连续的分布状态，对于氧化激活能的提高生深入氧化的趋势大大降低，提高钛合金的抗氧化钛合金在氧化初期形成致密的Al2O3氧化膜，阻止合金密排六方结构α-Ti使合金具有更小的自扩散速率，，从而元素的添加可以加速Al2O3致密氧化层的形成，使氧化素的添加能提高氧化层与合金基体的附着力，避免氧W元素是高温钛合金的常用添加元素，同样可以促使
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.445

【参考文献】