Ti40合金在500~1000℃的恒温氧化行为

发布时间：2019-11-23 07:00

【摘要】：研究了Ti40合金在500~1000℃范围内的恒温氧化行为。氧化增重实验及XRD、SEM、EDS的分析结果表明,Ti40合金的氧化机制可以V的氧化物V2O5的熔点为分界,在700℃以下氧化时,氧化层平整且致密,表面主要由V2O5和TiO2组成,氧化的主要过程为混合氧化膜中的V2O5向外择优生长,氧化机制受V元素在V2O5中的扩散机制控制。在700℃以上氧化时,V2O5的熔化挥发,导致氧化层疏松多孔,氧化层主要由TiO2和SiO2构成,在氧化层和基体的界面处,存在V、Cr元素的富集层,此条件下,合金的氧化受V元素在β钛合金中的扩散机制控制。
【图文】：

啵噔颐稚⒎植加谘趸徭砻妫ㄍ?3d），从其能谱分析结果可知，其为Si元素的氧化物SiO2（图3f）。由于在Ti40合金中Si的含量很少（Ti-25V-15Cr-0.2Si）且氧化生成的SiO2是附着在氧化表面的，氧化表面由大量的TiO2组成，对附着于大量TiO2上的少量半透明状SiO2进行能谱分析易受其影响，所以能谱分析结果中O和Si的原子比例是大于2的，，多余的O则是TiO2中的O。树枝状V2O5消失主要是由于V2O5属于低熔点氧化物，在670℃熔化并挥发，所以当氧化温度超过700℃时，混合氧化层中的V2O5图3Ti40合金不同温度氧化后表面的SEM照片和能谱分析Fig.3SEMimagesandEDSresultsofoxidationsurfaceofTi40alloyatdifferenttemperatures:(a)500℃,(b)600℃,(c)800℃,(d)900℃,(e)600℃-EDS,and(f)900℃-EDS挥发，导致氧化膜表面疏松多孔，且呈波浪状起伏，同时，SiO2的比例增加。由于V的氧化物V2O5是金黄色，在温度低于700℃时，氧化表面含有大量的V2O5氧化物，所以呈现金黄色。当温度超过700℃时，V2O5熔化挥发，氧化表面显示为灰黑色，同时，挥发的V2O5沉积在坩埚的底部和边缘，所以在超高温氧化时，坩埚的底部和边缘会看到黄色沉淀物。图4展示了不同氧化温度下试样的剖面形貌。表3给出了不同氧化温度下试样氧化膜层的厚度。对照表3中不同温度下氧化层的增厚数据，可以看到，在700℃以下氧化时，虽然Ti40合金抗氧化性能弱于普通钛合金，但氧化膜厚度基本和其它合金保持同一数量级[6]。当温度超过700℃时，氧化膜厚度急剧增加，增厚率远远大于普通钛合金[11]。相对于其它钛合金，高温下，虽然Ti40合金的氧化层厚度很大，但保持完整，没有aElementω/%at%O41.54

·1166·稀有金属材料与工程第44卷图4Ti40合金不同温度氧化后剖面形貌及氧化层厚度Fig.4Cross-sectionmorphologiesandoxidelayerthicknessofTi40alloyoxidizedatdifferenttemperatures:(a)600℃,(b)800℃,and(c)1000℃表3不同温度下Ti40合金氧化膜厚度Table3ThicknessofoxidationfilmforTi40alloyoxidizedatdifferenttemperaturesTemperature/℃Thickness/μmOxidationtime/hIncrementrate/μm·h-15503.91200.0336005.41200.04570051.4800.643800222.9802.786900210.32010.5151000459.71045.970开裂和剥落（图4b），即使氧化温度为900℃，平面的氧化层依然保持完整，只是在试样的棱角处，才发生开裂。直到氧化温度达到1000℃时，才在平面氧化层中观察到有裂纹产生（图4c），但氧化层依然没有脱落。同时，通过图4还可以看到，Ti40合金氧化层和基体之间的过渡区（或者影响区）很小，其暗示了在氧化层中有某种阻止氧元素向基体扩散的机制存在。图5显示了以界面为基准，分别向基体和氧化层不同深度延伸不同位置的合金元素分布。可以看出，从氧化表面向氧化层和基体延伸，Ti、V、Cr元素含量逐渐升高，O元素含量逐渐降低。但一个非常重要的现象是在氧化层和基体的界面处存在一个V、Cr元素的富集层，通过这个富集层后，O元素含量急剧降低到正常水平。这说明V、Cr元素的富集层对O元素向基体的扩散有阻碍作用，这也是为什么在图4b中观察到Ti40合金氧化层和基体之间过渡区很小的原因。图5Ti40合金氧化试样剖面元素分布图Fig.5Compositionprofilesofelementsonthecross-sectionofTi40alloy:(a)600℃and(b)800℃3讨论3.1Ti40合金的氧化从上文实验结果和分析来看，Ti40合金在500~1000℃范围内的氧化可以分为2个区间分析

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本文编号：2564857