γ-TiAl双辉等离子Zr-Y共渗工艺及改性层性能研究
本文关键词：γ-TiAl双辉等离子Zr-Y共渗工艺及改性层性能研究
更多相关文章： 双层辉光等离子渗金属技术 Zr-Y改性层 氧化钇稳定氧化锆 抗高温氧化性能 摩擦磨损性能
【摘要】：与传统高温合金相比,γ-TiAl具有密度低,比强度、比模量相对较高的优势,被公认为最有发展前景的高温结构材料之一。但是γ-TiAl在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,这些缺陷限制了其应用。本课题提出采用双层辉光等离子渗金属技术,在γ-TiAl表面制备Zr-Y改性层,在高温下涂层被氧化时表面形成氧化钇稳定氧化锆的热障涂层,显著提高其抗高温氧化性能。经过正交实验获得最佳工艺参数,所获得的Zr-Y改性层的厚度约23μm,其中沉积层为18μm,扩散层为5μm。改性层表面主要由单质Zr和单质Y两种相组成。经过双辉表面Zr-Y共渗之后,改性层的硬度比基体的硬度有了显著提高,改性层的显微硬度为857.2HV0.1,纳米硬度达到DHT115=828.01,相比于基体有了明显的提升。改性层的弹性模量为137.4GPa,形变能力较强,在温度升高之后能抵抗热应力和内应力。γ-TiAl基体与Zr-Y改性层的高温抗氧化性能测试实验分别在750℃、800℃和850℃下进行。Zr-Y共渗试样表面氧化物为ZrO2和弥散分布的Y2O3,稀土元素Y能够细化晶粒,使得氧化膜结构致密,与基体结合良好,抗高温氧化性能最好。在850℃下,Y2O3稳定ZrO2热障涂层给基体良好的抗氧化效果,有效改善基体的抗高温氧化性能。基体与改性层的耐磨性能在不同载荷、转速、温度下进行。往复摩擦实验和球盘磨损实验表明;γ-TiAl合金表面等离子Zr-Y共渗后,无论室温还是高温条件下耐磨性能得到明显的提高。在不同实验参数下,改性层的摩擦系数比基体更稳定,波动范围小,且磨损体积均小于γ-TiAl合金基体。
【关键词】：双层辉光等离子渗金属技术 Zr-Y改性层 氧化钇稳定氧化锆 抗高温氧化性能 摩擦磨损性能
【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
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-13
- 第一章 绪论13-26
- 1.1 钛合金和Ti-Al系金属间化合物材料及应用13-18
- 1.1.1 钛和钛合金13-14
- 1.1.2 钛铝金属间化合物14-15
- 1.1.3 钛铝金属间化合物的应用及存在问题15-18
- 1.2 Ti Al合金高温氧化性能研究进展18
- 1.3 Ti Al合金耐磨性能研究进展18-19
- 1.4 Ti Al合金表面处理技术19-22
- 1.4.1 多弧离子镀20
- 1.4.2 离子注入20
- 1.4.3 磁控溅射20-21
- 1.4.4 化学气相沉积21
- 1.4.5 双辉等离子表面镀膜技术21-22
- 1.5 实验课题的提出和可行性分析22-25
- 1.5.1 课题的提出22-23
- 1.5.2 可行性分析23-25
- 1.6 实验研究内容25-26
- 第二章 实验材料、设备及方法26-33
- 2.1 实验材料制备及实验设备26-28
- 2.1.1 实验材料制备26
- 2.1.2 实验设备26-28
- 2.1.3 实验操作过程28
- 2.2 性能组织表征28-29
- 2.3 氧化实验方案29-30
- 2.3.1 测试标准29
- 2.3.2 氧化试样预处理29-30
- 2.3.3 实验过程30
- 2.3.4 检测与分析30
- 2.4 摩擦磨损实验方案30-32
- 2.4.1 试验原理及设备30-31
- 2.4.2 试验参数31
- 2.4.3 检测与分析31-32
- 2.5 技术路线图32-33
- 第三章 Ti Al合金双辉等离子Zr-Y共渗试验研究33-42
- 3.1 前言33
- 3.2 双辉等离子渗Zr-Y工艺参数优化33-36
- 3.2.1 极间距、气压和源极电位的影响33-34
- 3.2.2 工件极电压和温度的影响34-35
- 3.2.3 保温时间的影响35
- 3.2.4 最佳工艺参数35-36
- 3.3 改性层组织形貌与成分分析36-39
- 3.3.1 Zr-Y改性层组织形貌观察36-38
- 3.3.2 Zr-Y改性层截面形貌与分析38-39
- 3.4 Zr-Y改性层力学性能测试39-41
- 3.4.1 显微硬度39
- 3.4.2 纳米压痕39-40
- 3.4.3 结合力测试40-41
- 3.5 本章小结41-42
- 第四章 改性层的高温氧化行为研究42-60
- 4.1 前言42-45
- 4.1.1 金属的高温氧化42-43
- 4.1.2 金属高温氧化热力学分析43-44
- 4.1.3 金属高温氧化动力学分析44-45
- 4.2 750℃氧化实验结果与分析45-49
- 4.2.1 氧化动力学曲线45
- 4.2.2 表面氧化产物分析45-46
- 4.2.3 氧化膜表面形貌及成分分析46-48
- 4.2.4 改性层氧化膜截面形貌48-49
- 4.3 800℃氧化实验结果与分析49-54
- 4.3.1 氧化动力学曲线49-50
- 4.3.2 表面氧化产物分析50-51
- 4.3.3 氧化膜表面形貌及成分分析51-52
- 4.3.4 改性层氧化膜截面形貌52-54
- 4.4 850℃氧化实验结果与分析54-59
- 4.4.1 氧化动力学曲线54
- 4.4.2 表面氧化产物分析54-55
- 4.4.3 氧化膜表面形貌及成分分析55-57
- 4.4.4 改性层氧化膜截面形貌57-59
- 4.5 本章小结59-60
- 第五章 Zr-Y改性层的摩擦学行为研究60-77
- 5.1 前言60
- 5.2 金属的摩擦磨损概述60-61
- 5.2.1 磨损60-61
- 5.2.2 摩擦系数61
- 5.2.3 磨损量的表征61
- 5.3 转速因素对渗层摩擦行为的影响61-66
- 5.3.1 实验条件及参数62
- 5.3.2 摩擦系数62-63
- 5.3.3 磨痕形貌63-65
- 5.3.4 磨损量65-66
- 5.4 载荷因素对合金层滑动磨损行为的影响66-70
- 5.4.1 试验条件及参数66-67
- 5.4.2 摩擦系数67-68
- 5.4.3 磨痕形貌68-69
- 5.4.4 磨损量69-70
- 5.5 温度因素对合金层滑动磨损行为的影响70-75
- 5.5.1 试验条件及参数70-71
- 5.5.2 摩擦系数71-72
- 5.5.3 磨痕形貌72-74
- 5.5.4 磨损量74-75
- 5.6 本章小结75-77
- 第六章 结论77-79
- 参考文献79-86
- 致谢86-87
- 在学期间的研究成果及发表的学术论文87
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