Ti_2AlNb合金表面渗镀Al的抗热腐蚀性能研究

发布时间：2017-04-25 20:01

  本文关键词：Ti_2AlNb合金表面渗镀Al的抗热腐蚀性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Ti_2AlNb合金具有高的抗拉强度和疲劳强度、较好的室温断裂韧性和抗裂纹扩展能力、良好的抗蠕变性以及低的热膨胀系数。与其它高温合金相比,具有自己独特的优势,己成为新一代的航空航天潜力材料。但其抗高温热腐蚀性能的不足,限制了合金的使用范围。针对这一问题,采用加弧辉光离子渗镀技术在Ti2Al Nb合金表面制备渗镀Al层,以提高合金的抗高温热腐蚀性能。制备渗镀Al层的最佳工艺参数为:工件偏压800 V,靶与工件距离80 mm,时间35 min,温度750℃,工作气压6.69 Pa。利用SEM、EDS、XRD对渗镀Al层的表面形貌、截面形貌、元素分布及相组成进行分析,结果表明:渗镀Al层表面均匀致密,不存在缝隙孔洞;表面相组成主要为纯Al相;厚度约为20μm,与基体冶金结合,结合力达到43.5 N。在不同温度下(650℃、700℃、750℃、800℃、850℃)的Na2SO4盐中热腐蚀100 h,试验结果表明:渗镀Al层的腐蚀增重明显小于基体,且温度低于800℃时均表现出一定的抗热腐蚀能力;基体在经800℃热腐蚀50 h后便出现严重剥落,渗镀Al层在850℃热腐蚀80 h后表面也产生轻微剥落,但由于其Al含量高,能生成新的Al2O3保护膜,对基体仍有良好的保护作用。在Na2SO4盐中不同时间热腐蚀试验结果表明:基体及渗镀Al层均表现出一定的抗热腐蚀能力;Na2SO4盐则能使Al2O3氧化膜变得疏松,还能与金属元素发生氧化及硫化反应,为加速氧化的催化剂。在75%Na2SO4+25%Na Cl混合盐中的不同时间热腐蚀试验结果表明:基体在混合盐中的抗热腐蚀能力急剧下降,渗镀Al层则具有一定的抗热腐蚀能力;但氯离子的存在能加速氧化膜的剥落,也可以与合金元素及氧化物直接反应;故混合盐中的热腐蚀过程,是氧化、硫化和氯化的综合过程。
【关键词】：Ti_2AlNb合金 加弧辉光离子渗镀技术 工艺参数 渗镀Al层 热腐蚀
【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
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 Ti_2AlNb合金的基本特性13-15
• 1.1.1 Ti_2AlNb合金的成分13-14
• 1.1.2 Ti_2AlNb合金的相组成14-15
• 1.2 Ti_2AlNb合金的应用及限制15-17
• 1.2.1 Ti_2AlNb合金的应用16-17
• 1.2.2 Ti_2AlNb合金应用限制17
• 1.3 热腐蚀研究进展17-23
• 1.3.1 Ti-Al系金属间化合物的热腐蚀模型研究进展18-19
• 1.3.2 改善热腐蚀性能的方法19-23
• 1.4 加弧辉光离子渗镀技术简介23-24
• 1.4.1 加弧辉光离子渗镀技术原理23-24
• 1.4.2 加弧辉光离子渗镀技术的特点24
• 1.5 课题提出的目的、意义24-25
• 1.6 研究目标与内容25
• 1.6.1 研究目标25
• 1.6.2 研究内容25
• 1.7 研究路线25-27
• 1.7.1 试验方案25-26
• 1.7.2 技术路线26-27
• 第二章 渗镀Al层的制备、性能测试及热腐蚀试验方法27-31
• 2.1 渗镀Al层的制备27-28
• 2.1.1 基体材料27
• 2.1.2 源极材料及实验气体27
• 2.1.3 实验设备27
• 2.1.4 操作过程27-28
• 2.2 渗镀Al层的常规性能测试28-29
• 2.2.1 厚度测试28
• 2.2.2 结合力测试28-29
• 2.3 热腐蚀试验29-31
• 2.3.1 试验方法29-30
• 2.3.2 试验过程30
• 2.3.3 热腐蚀后的形貌、成分及相组成分析30-31
• 第三章 加弧辉光离子渗镀Al的最佳工艺参数研究31-45
• 引言31
• 3.1 正交试验设计31-33
• 3.1.1 工艺参数的选择31-32
• 3.1.2 正交试验设计32-33
• 3.2 实验结果与分析33-38
• 3.2.1 不同工艺参数下渗镀Al层截面形貌及成分分析33-37
• 3.2.2 不同工艺参数下渗镀Al层与基体的结合力37-38
• 3.3 最佳工艺参数的优化分析38-41
• 3.4 最佳工艺参数下渗镀Al层的形貌成分与结合力41-44
• 3.4.1 渗镀Al层表面形貌及成分分析41
• 3.4.2 渗镀Al层截面形貌及成分分析41-42
• 3.4.3 渗镀Al层XRD分析42
• 3.4.4 渗镀Al层与基体间结合力42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 渗镀Al层在Na_2SO_4盐中的热腐蚀行为45-71
• 引言45
• 4.1 温度对渗镀Al层热腐蚀行为的影响45-60
• 4.1.1 650 ℃下热腐蚀实验结果45-48
• 4.1.2 700 ℃下热腐蚀实验结果48-51
• 4.1.3 750 ℃下热腐蚀实验结果51-54
• 4.1.4 800 ℃下热腐蚀实验结果54-57
• 4.1.5 850 ℃下热腐蚀实验结果57-60
• 4.2 时间对渗镀Al层热腐蚀行为的影响60-67
• 4.2.1 基体热腐蚀实验结果60-63
• 4.2.2 渗镀Al层热腐蚀实验结果63-67
• 4.3 热腐蚀机理分析67-70
• 4.3.1 基体热腐蚀机理及模型67-68
• 4.3.2 渗镀Al层热腐蚀机理及模型68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 渗镀Al层在 75%Na_2SO_4+25%NaCl盐中的热腐蚀行为71-83
• 引言71
• 5.1 基体在混合盐中的热腐蚀行为71-75
• 5.1.1 热腐蚀微观形貌及成分分析71-74
• 5.1.2 热腐蚀物相分析74-75
• 5.2 渗镀Al层在混合盐中的热腐蚀行为75-79
• 5.2.1 热腐蚀微观形貌及成分分析75-78
• 5.2.2 热腐蚀物相分析78-79
• 5.3 氯离子对氧化膜的破坏作用79-82
• 5.4 本章小结82-83
• 第六章 结论83-84
• 参考文献84-92
• 致谢92-93
• 在学期间发表过的论文及参与的科研项目93

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