纯钛表面渗铝层的组织与性能研究

发布时间：2018-03-03 19:08

  本文选题：高温氧化　切入点：电弧喷涂　出处：《沈阳工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：钛及其合金因耐蚀性好、比强度高等优点被广泛地应用于航空航天、石油化工等工业领域。但当它们的使用温度超过600℃时，钛及其合金的表面氧化是不得不面对的难题。金属材料表面形成的氧化膜决定了其抗氧化性能的优劣。铝是亲氧性最好的元素，它在高温下反应生成稳定的Al2O3，对金属基体具有优良的保护作用，因此铝是高温抗氧化涂层的首选元素。 本文采用电弧喷涂的方法在纯钛基体表面制备铝涂层，以提高基体的高温抗氧化性能。为了延长铝涂层的使用寿命，还在铝涂层下面分别制备了NiCrAlY和Ni95Al5涂层作扩散阻挡层。对单一铝涂层试件和二种加扩散阻挡层试件分别做了700℃、800℃及900℃下64h和100h的连续氧化试验。借助于光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）以及X射线衍射（XRD）等仪器设备分析了加热后试件的微观组织变化、Al元素的扩散规律以及渗铝层的形成机制。通过对加热温度、加热时间、涂层厚度以及封孔方式等工艺参数的调整，研究了它们对渗铝层深度变化的影响。 实验结果表明，在温度高于700℃的环境中，电弧喷涂的铝涂层可以对纯钛基体提供有效的高温防护，显著地提高了其高温抗氧化性能。高温条件下，涂层中的Al元素和基体中的Ti元素相互扩散形成渗铝层。渗铝层中的主要组成相是TiAl3，，该富铝相可以提供足够的Al原子来与O原子结合生成Al2O3。Al2O3的形成不但在涂层表面建立了连续的保护膜，还部分地封闭了涂层中的孔隙，从而减缓氧化速度。与单一铝涂层试件对比，带有NiCrAlY或Ni95Al5扩散阻挡层的试件中Al、Ti元素的互扩散被有效地抑制了，延长了铝涂层的使用寿命。渗铝层的深度与加热温度、加热时间、涂层厚度以及封孔方式有关。铝涂层厚度的增大、加热时间的延长或加热温度的升高都可扩大扩散层的深度，但扩散层中铝的浓度相应降低。高温下，无论哪种封孔处理都有利于渗铝层的形成，其中涂抹水玻璃的封孔方式还会在铝涂层表面形成新“涂层”，有效地提高涂层的抗氧化性能。
[Abstract]:Titanium and its alloys are widely used in aerospace, petrochemical and other industrial fields because of their good corrosion resistance and high specific strength. The oxidation of titanium and its alloys is a difficult problem. The oxidation film formed on the surface of metal materials determines the oxidation resistance of titanium and its alloys. It reacts at high temperature to produce stable Al _ 2O _ 3, which has excellent protective effect on metal substrate. Therefore, aluminum is the preferred element of oxidation resistance coating at high temperature. In this paper, aluminum coatings were prepared on pure titanium substrates by arc spraying in order to improve the high temperature oxidation resistance of the substrates. In order to prolong the service life of aluminum coatings, NiCrAlY and Ni95Al5 coatings were also prepared under aluminum coatings as diffusion barrier layers. Continuous oxidation tests were carried out at 700 鈩

本文编号：1562306