TC11合金表面双辉等离子渗Zr与Zr-Er共渗的工艺及性能研究

发布时间：2017-04-15 15:30

  本文关键词：TC11合金表面双辉等离子渗Zr与Zr-Er共渗的工艺及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC11因表面硬度低、耐磨性差以及较高温度下抗高温氧化性能不足等缺点,限制其在航空部件中进一步应用。针对上述问题,本文采用双层辉光等离子渗金属技术在TC11合金表面进行渗Zr及Zr-Er共渗制备合金层。首先进行工艺探究,然后分析合金层的成分、组织以及涂层与基体结合力和显微硬度,并重点分析了载荷、转速和温度因素对摩擦磨损性能的影响,不同温度下抗高温氧化能力。通过系统研究各工艺参数对合金层形成的影响,得到渗Zr最佳工艺参数为:源极电压600~650V,阴极电压450~500V,气压30Pa,时间3h,极间距15mm;Zr-Er共渗的最佳工艺参数为:源极电压550~600V,阴极电压400~450V,气压35Pa,时间3h,极间距15mm。最佳参数下的合金层与基体属冶金结合,合金元素由表及内梯度分布。TC11渗Zr合金层有效厚度约5μm,由Zr和α-Ti固溶体物相组成;Zr-Er共渗合金层的有效厚度可达10μm,渗层中以Zr、Al3Er和Er2O3等物相为主。显微硬度和纳米压入测试结果表明合金层的硬度及抗变形能力高于TC11基体。球盘磨损试验表明在不同载荷、转速、温度条件下,渗Zr试样和Zr-Er共渗试样耐磨性能明显优于TC11基体,具体体现在合金层的较低摩擦系数以及磨损体积。高温氧化100h后,TC11基体的氧化产物以Ti O2为主的Ti O2与Al2O3混合物,氧化物颗粒粗大,疏松多孔;650℃、750℃下,渗Zr及Zr-Er共渗试样的氧化产物主要为Zr O2,Er2O3和少量的Ti O2等,氧化膜完整致密,能有效阻止氧侵入基体。850℃下,渗Zr试样氧化膜剥落,抗氧化能力下降,Zr-Er共渗试样仍能保持良好的抗高温氧化性能。
【关键词】：双层辉光等离子表面合金化技术 渗Zr Zr-Er共渗 磨损性能 氧化性能
【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】：2015
【分类号】：TG174.445
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 钛合金14-19
• 1.1.1 简介14-15
• 1.1.2 钛合金的分类15
• 1.1.3 钛合金材料的研究进展15-19
• 1.1.4 钛合金在应用中存在的问题19
• 1.2 钛合金耐磨性能研究进展19-20
• 1.3 钛合金高温氧化性能研究进展20-21
• 1.4 双辉等离子表面冶金技术21-23
• 1.4.1 双辉技术的原理21-22
• 1.4.2 双辉技术的特点22-23
• 1.4.3 双辉技术的进展23
• 1.5 课题的提出及可行性分析23-26
• 1.5.1 课题提出23
• 1.5.2 可行性分析23-25
• 1.5.3 研究内容25-26
• 第二章 试验设备及方法26-36
• 2.1 试验设备和试验材料26-29
• 2.1.1 试验设备26-27
• 2.1.2 试验材料27-28
• 2.1.3 源极布置方式28
• 2.1.4 试验操作流程28-29
• 2.2 双辉等离子渗Zr与Zr-Er共渗合金层组织及性能表征29-31
• 2.2.1 合金层成分及组织29
• 2.2.2 合金层表面显微硬度测试29-30
• 2.2.3 合金层纳米压入测试30-31
• 2.2.4 合金层结合强度的测定31
• 2.3 磨损试验31-33
• 2.3.1 设备与原理31-32
• 2.3.2 试验材料与参数设置32-33
• 2.3.3 检测与分析33
• 2.4 氧化试验33-35
• 2.4.1 氧化试验依据33
• 2.4.2 氧化试验前处理33
• 2.4.3 氧化试验过程33-34
• 2.4.4 检测与分析34-35
• 2.5 技术路线图35-36
• 第三章 TC11 合金表面等离子渗Zr及Zr-Er共渗试验研究36-46
• 3.1 等离子渗Zr及Zr-Er共渗最佳工艺参数探究36-38
• 3.1.1 极间距、气压和源极电压的影响36-37
• 3.1.2 阴极电压和温度的影响37
• 3.1.3 保温时间的影响37
• 3.1.4 TC11 合金表面等离子渗Zr及Zr-Er共渗最佳工艺参数的确定37-38
• 3.2 合金层组织形貌与成分分析38-41
• 3.2.1 最佳工艺制备Zr及Zr-Er合金层表面形貌及成分分析39-40
• 3.2.2 最佳工艺制备Zr及Zr-Er合金层截面形貌及成分分析40-41
• 3.3 合金层相组成分析41-42
• 3.3.1 渗Zr合金层相组成分析41
• 3.3.2 Zr-Er共渗合金层相组成分析41-42
• 3.4 合金层力学性能分析42-45
• 3.4.1 显微硬度测试42-43
• 3.4.2 纳米压入测试43-44
• 3.4.3 结合强度测试44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 TC11 等离子渗Zr及Zr-Er共渗合金层滑动磨损行为的研究46-66
• 4.1 引言46
• 4.2 摩擦磨损机理概述46-47
• 4.2.1 摩擦磨损的概念46
• 4.2.2 磨损的分类46-47
• 4.2.3 磨损量的表征47
• 4.3 载荷因素对合金层滑动磨损行为的影响47-52
• 4.3.1 试验条件及参数47
• 4.3.2 摩擦系数47-49
• 4.3.3 磨痕形貌49-51
• 4.3.4 磨损量51-52
• 4.4 转速因素对合金层滑动磨损行为的影响52-58
• 4.4.1 试验条件及参数52-53
• 4.4.2 摩擦系数53-54
• 4.4.3 磨痕形貌54-57
• 4.4.4 磨损量57-58
• 4.5 温度因素对合金层滑动磨损行为的影响58-64
• 4.5.1 试验条件及参数58
• 4.5.2 摩擦系数58-60
• 4.5.3 磨痕形貌60-63
• 4.5.4 磨损量63-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 渗Zr及Zr-Er共渗合金层的高温氧化性能研究66-82
• 5.1 引言66
• 5.2 金属高温氧化理论概述66-68
• 5.2.1 高温氧化定义66-67
• 5.2.2 高温氧化热力学分析67
• 5.2.3 高温氧化动力学分析67-68
• 5.3 650℃氧化实验结果与分析68-72
• 5.3.1 氧化动力学曲线68
• 5.3.2 表面氧化产物分析68-69
• 5.3.3 氧化膜表面形貌69-71
• 5.3.4 氧化膜截面形貌71-72
• 5.4 750℃氧化实验结果与分析72-77
• 5.4.1 氧化动力学曲线72-73
• 5.4.2 表面氧化产物分析73-74
• 5.4.3 氧化膜表面形貌74-75
• 5.4.4 氧化膜截面形貌75-77
• 5.5 850℃氧化实验结果与分析77-81
• 5.5.1 氧化动力学曲线77
• 5.5.2 表面氧化产物分析77-78
• 5.5.3 氧化膜表面形貌78-79
• 5.5.4 氧化膜截面形貌79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 第六章 结论82-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文91

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