γ-TiAl表面Al 2 O 3 /Al梯度热防护涂层的制备及其性能研究
发布时间：2021-01-28 04:59
钛铝基合金具有较高的比强度、出色的高温机械强度以及优异的抗蠕变性能,已成为航空航天领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,因在高温环境下抵抗环境侵蚀和摩擦磨损等方面性能的不足一定程度上制约钛铝基合金的进一步开发和应用。因此,如何提高钛铝基合金在高温条件下的抗腐蚀、抗磨损以及抗氧化性能已成为当今高温合金领域研究的热点和重点。由于磨损、腐蚀和氧化皆属于金属表面的失效形式,故可通过表面改性的方式在不破坏钛铝合金整体力学性能的同时赋予或提高其在高温环境下抵抗磨损、腐蚀和氧化的能力。本文采用磁控溅射技术在γ-TiAl合金表面制备了元素成分和结构性能呈梯度变化的Al2O3/Al热防护涂层。对涂层的组织结构和力学性能进行检测分析后发现,本文优化工艺参数下制备的Al2O3/Al梯度热防护涂层主要由α-Al2O3相和Al相组成,厚约20μm,无孔洞和微裂纹,涂层由表及里包含完整的Al2O3表面防护层、中间富Al层和扩散过渡层;涂层明...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
γ-TiAl合金的空间结构
[14-16]。γ-TiAl合金有四种典型组织：(a)全片层组织(FL)、(b)近片层组织(NL)、(c)双态组织(DP)、(d)等轴近γ组织(NG)，如图1.2所示[17]。图 1.1 γ-TiAl 合金的空间结构[17]图 1.2 γ-TiAl 合金的典型显微组织[17]1.2.2 钛铝基合金的物理性质表1.1给出的是Ti合金、Ti3Al合金、γ-TiAl合金和Ni基超合金的主要高温性能参数[18]。由图可以看出，与Ti合金、Ti3Al合金和Ni基高温合金相比较，γ-TiAl合金具有明显的优势。除了塑性之外，γ-TiAl合金其他各方面的性能均高于Ti合金，特别是γ-TiAl基合金的密度小，仅为Ni基
5(Ti-48Al-2Cr-2Nb)、日(Ti-45Al-2Mn)、德(Ti-45Al-1Cr-0.2Si)同类材料相比，其塑性更高，并且直接精铸出TAC-2合金的整体增压涡轮转子(图1.3所示)和车用气阀，以及具有更复杂结构的先进航空发动机部件等[35-37]。图 1.3 钛铝合金增压器涡轮[35]1.3 钛铝基合金的高温使用缺陷利用对TiAl 基金属间化合物的显微组织优化的手段可以基本解决其在力学性能方面的缺陷，然而TiAl 基金属间化合物依然存在诸如室温塑性、韧性差，硬度低、耐摩擦磨损性能差，700 ℃以上抗氧化性能急剧降低等缺点，正是这些缺点也限制了TiAl 基金属间化合物的进一步开发和在实际生产中的应用[34, 38-39]。1.3.1 钛铝基合金的抗高温腐蚀性能不足当 TiAl 基金属间化合物作为航空发动机结构或零部件材料在近海地区服役时，易发生的高温腐蚀现象将影响其服役行为和寿命。这是因为海洋大气中的氯化钠通过气氛进入发动机后，在高温条件下易与燃油中的硫反应生成硫酸钠，并在合金表面上形成硫酸钠与氯化钠的混合盐膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆炸和超音速火焰喷涂MCrAlYX涂层的显微结构、力学性能及抗氧化特性（英文）[J]. 高俊国,汤智慧,王长亮,郭孟秋,崔永静. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(03)
[2]镍基自润滑涂层的制备及拉伸结合强度研究[J]. 段文博,孙岩桦,丁春华,耿海鹏,戚社苗,虞烈. 稀有金属材料与工程. 2015(01)
[3]γ-TiAl合金表面磁控溅射与电弧离子镀制备Al涂层高温氧化行为的比较（英文）[J]. 徐一,缪强,梁文萍,王玲,于修水,任蓓蕾,姚正军. 稀有金属材料与工程. 2014(11)
[4]TC4钛合金低压真空渗氮处理[J]. 杨闯,彭晓东,刘静,洪流,马亚芹. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[5]温度对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响[J]. 李涌泉,谢发勤,吴向清,姚小飞. 材料工程. 2014(06)
[6]瑞典西部大学研发纳米颗粒基涂层可用于飞机发动机[J]. 钱伯章. 化工新型材料. 2014(04)
[7]涂敷Na2SO4盐膜的Ni基合金在900℃空气中的热腐蚀[J]. 付广艳,李剑光,刘群. 沈阳化工大学学报. 2013(04)
[8]热障涂层抗腐蚀研究进展[J]. 华云峰,潘伟,李争显,杜继红,赵蒙,任小瑞. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[9]搅拌摩擦焊搭接法制备TC4钛合金表面Al涂层及其高温氧化行为[J]. 骆蕾,沈以赴,李博,胡伟叶. 金属学报. 2013(08)
[10]Inter-phase selective corrosion of γ-TiAl alloy in molten salt environment at high temperature[J]. Wen-yue ZHAO,Bo-wen XU,Yue MA,Sheng-kai GONG Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance(Ministry of Education), School of Materials Science and Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(04)
博士论文
[1]基于双辉技术的钛合金表面抗高温氧化合金层的制备及性能研究[D]. 魏东博.南京航空航天大学 2013
[2]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[3]二硅化钼的高温摩擦学特性及其磨损率预测[D]. 胡小平.武汉理工大学 2010
[4]TiAl基合金等离子表面渗铬及其抗氧化和耐磨性能研究[D]. 贺志勇.太原理工大学 2010
[5]钛合金表面低氧压熔结涂层制备及涂层氧化寿命预测[D]. 周伟.吉林大学 2008
[6]Ti2AlNb O相合金双辉等离子渗Mo、Cr及其性能研究[D]. 梁文萍.太原理工大学 2007
硕士论文
[1]γ-TiAl合金表面溅射Al/Al2O3梯度涂层的工艺及其抗高温性能研究[D]. 王玲.南京航空航天大学 2014
[2]Ni-Al涂层对Ti-Al系金属间化合物抗高温氧化性的影响[D]. 刘俊.东北大学 2012
[3]TiAl基合金等离子表面Cr-Si合金化及摩擦学行为的研究[D]. 李亚非.南京航空航天大学 2011
[4]基体拉伸法测试膜基界面结合力的研究[D]. 杨金霞.天津大学 2007
本文编号：3004399
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
γ-TiAl合金的空间结构
[14-16]。γ-TiAl合金有四种典型组织：(a)全片层组织(FL)、(b)近片层组织(NL)、(c)双态组织(DP)、(d)等轴近γ组织(NG)，如图1.2所示[17]。图 1.1 γ-TiAl 合金的空间结构[17]图 1.2 γ-TiAl 合金的典型显微组织[17]1.2.2 钛铝基合金的物理性质表1.1给出的是Ti合金、Ti3Al合金、γ-TiAl合金和Ni基超合金的主要高温性能参数[18]。由图可以看出，与Ti合金、Ti3Al合金和Ni基高温合金相比较，γ-TiAl合金具有明显的优势。除了塑性之外，γ-TiAl合金其他各方面的性能均高于Ti合金，特别是γ-TiAl基合金的密度小，仅为Ni基
5(Ti-48Al-2Cr-2Nb)、日(Ti-45Al-2Mn)、德(Ti-45Al-1Cr-0.2Si)同类材料相比，其塑性更高，并且直接精铸出TAC-2合金的整体增压涡轮转子(图1.3所示)和车用气阀，以及具有更复杂结构的先进航空发动机部件等[35-37]。图 1.3 钛铝合金增压器涡轮[35]1.3 钛铝基合金的高温使用缺陷利用对TiAl 基金属间化合物的显微组织优化的手段可以基本解决其在力学性能方面的缺陷，然而TiAl 基金属间化合物依然存在诸如室温塑性、韧性差，硬度低、耐摩擦磨损性能差，700 ℃以上抗氧化性能急剧降低等缺点，正是这些缺点也限制了TiAl 基金属间化合物的进一步开发和在实际生产中的应用[34, 38-39]。1.3.1 钛铝基合金的抗高温腐蚀性能不足当 TiAl 基金属间化合物作为航空发动机结构或零部件材料在近海地区服役时，易发生的高温腐蚀现象将影响其服役行为和寿命。这是因为海洋大气中的氯化钠通过气氛进入发动机后，在高温条件下易与燃油中的硫反应生成硫酸钠，并在合金表面上形成硫酸钠与氯化钠的混合盐膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆炸和超音速火焰喷涂MCrAlYX涂层的显微结构、力学性能及抗氧化特性（英文）[J]. 高俊国,汤智慧,王长亮,郭孟秋,崔永静. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(03)
[2]镍基自润滑涂层的制备及拉伸结合强度研究[J]. 段文博,孙岩桦,丁春华,耿海鹏,戚社苗,虞烈. 稀有金属材料与工程. 2015(01)
[3]γ-TiAl合金表面磁控溅射与电弧离子镀制备Al涂层高温氧化行为的比较（英文）[J]. 徐一,缪强,梁文萍,王玲,于修水,任蓓蕾,姚正军. 稀有金属材料与工程. 2014(11)
[4]TC4钛合金低压真空渗氮处理[J]. 杨闯,彭晓东,刘静,洪流,马亚芹. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[5]温度对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响[J]. 李涌泉,谢发勤,吴向清,姚小飞. 材料工程. 2014(06)
[6]瑞典西部大学研发纳米颗粒基涂层可用于飞机发动机[J]. 钱伯章. 化工新型材料. 2014(04)
[7]涂敷Na2SO4盐膜的Ni基合金在900℃空气中的热腐蚀[J]. 付广艳,李剑光,刘群. 沈阳化工大学学报. 2013(04)
[8]热障涂层抗腐蚀研究进展[J]. 华云峰,潘伟,李争显,杜继红,赵蒙,任小瑞. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[9]搅拌摩擦焊搭接法制备TC4钛合金表面Al涂层及其高温氧化行为[J]. 骆蕾,沈以赴,李博,胡伟叶. 金属学报. 2013(08)
[10]Inter-phase selective corrosion of γ-TiAl alloy in molten salt environment at high temperature[J]. Wen-yue ZHAO,Bo-wen XU,Yue MA,Sheng-kai GONG Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance(Ministry of Education), School of Materials Science and Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(04)
博士论文
[1]基于双辉技术的钛合金表面抗高温氧化合金层的制备及性能研究[D]. 魏东博.南京航空航天大学 2013
[2]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[3]二硅化钼的高温摩擦学特性及其磨损率预测[D]. 胡小平.武汉理工大学 2010
[4]TiAl基合金等离子表面渗铬及其抗氧化和耐磨性能研究[D]. 贺志勇.太原理工大学 2010
[5]钛合金表面低氧压熔结涂层制备及涂层氧化寿命预测[D]. 周伟.吉林大学 2008
[6]Ti2AlNb O相合金双辉等离子渗Mo、Cr及其性能研究[D]. 梁文萍.太原理工大学 2007
硕士论文
[1]γ-TiAl合金表面溅射Al/Al2O3梯度涂层的工艺及其抗高温性能研究[D]. 王玲.南京航空航天大学 2014
[2]Ni-Al涂层对Ti-Al系金属间化合物抗高温氧化性的影响[D]. 刘俊.东北大学 2012
[3]TiAl基合金等离子表面Cr-Si合金化及摩擦学行为的研究[D]. 李亚非.南京航空航天大学 2011
[4]基体拉伸法测试膜基界面结合力的研究[D]. 杨金霞.天津大学 2007
本文编号：3004399
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