Ti-Al基合金表面Si-Al共渗涂层的制备及其氧化行为研究

发布时间：2020-09-01 21:49

　　 Ti_2AlNb合金是Ti-Al基合金中的研究热点之一,拥有高的比强度、比刚度以及良好的力学性能,是航空航天热端件极其重要的结构材料。但在高温下,抗氧化性能不足影响了该合金的实际应用。本文通过固体粉末包埋渗法在合金表面制备Si-Al共渗涂层的方法来改善合金的高温抗氧化性能。本文采用固体粉末包埋渗的方法,先通过热力学计算分析包埋渗剂组成和温度对渗包中气相平衡分压的影响,然后制备Si-Al共渗涂层。分别采用XRD、EDS、SEM等检测手段分析了共渗层的形貌、物相组成以及成分分布,分析涂层特征与热力学气相分压计算结果的关系,进而阐明工艺参数对Si-Al共渗层结构的影响。对所制备的Si-Al共渗涂层,对比渗铝涂层和渗硅涂层,进行了850℃和900℃循环氧化实验,分析了氧化后涂层表面形貌、氧化物组成以及氧化动力学,主要的研究结果如下所述。采用包埋渗Si-Al共渗的方法,可以在Ti_2AlNb合金表面同时渗入Si和Al形成Si-Al共渗涂层。通过改变包埋渗工艺,可以制备出硅化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层,或者铝化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层。采用2Al-5Si-2NH_4F-bal.Al_2O_3(wt.%)渗剂,在950~1150℃共渗后形成硅化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层,采用4Al-(0.5,1)Si-2NH_4F-bal.Al_2O_3(wt.%)渗剂,在950~1050℃共渗后形成铝化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层。采用不同的工艺在Ti_2AlNb合金表面制备出的Si-Al共渗涂层,经过850℃循环氧化800h和900℃循环氧化180h后,表面都生成了连续的氧化膜,且经过氧化后涂层表面完整,无剥落、开裂等现象;以硅化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层表面氧化膜的主要组成为TiO_2、SiO_2和Al_2O_3;以铝化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层表面氧化膜的主要组成为TiO_2和Al_2O_3,另有少量的SiO_2;850℃和900℃氧化后,以硅化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层发生失重,以铝化物为主要组成相的Si-Al共渗涂层发生增重,但增重大于渗Al涂层。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

m×10mm 的立方体试样，经过 80～1200 号洗器对其进行清洗。实验选用的 Ti2AlNb 表 2.1 Ti2AlNb 合金的的化学成分(wt.%)Al Nb N 9.24 44.35 0.0024分析、涂层设计，实验验证入手去探索 Ti2A类的抗氧化涂层进行抗氧化实验，分析出图 2.1 所示：

长安大学硕士学位论文剂的选择过程需要的粉末为欲粉末 Al、Si 粉（200 目），活化剂 NH4F 粉末，3粉末（200 目）三部分组成。渗剂的总量为 40g，根据设计的配比关设备埋渗设备验选用的包埋渗设备为高温管式炉。该设备是由炉体、供气系统、抽真系统和控制系统所组成，其结构示意图 2.4 所示，其优点是操作简便精准。

图 3.1 1050℃不同渗剂中 Si 和 Al 氟化物平衡分压:(a)xAl-5Si-2NH4F-(93-x)Al2O3(wt.%)渗剂;(4Al-xSi-2NH4F-(93-x)Al2O3(wt.%)渗剂图 3.2 为不同温度下 2Al-5Si-2NH4F-91Al2O3(wt.%)粉末配比时 Al 和 Si 的氟化物衡分压。图中可以看出随着温度的升高，Si 和 Al 的氟化物平衡分压逐渐升高。此外在整个温度变化过程中，Al 的氟化物平衡分压始终大于 Si 的氟化物平衡分压，且两的差值随温度的升高数值逐渐减小。为了得到 Si-Al 共渗涂层，其 Al 的卤化物平衡分与 Si 的卤化物平衡分压数量级别上不能相差太大，同时考虑到温度对基体的影响，以选取的包埋渗的温度为 950～1150℃较为合理。

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本文编号：2810294