γ-TiAl双辉等离子渗钽工艺及改性层性能研究

发布时间：2017-09-08 08:36

  本文关键词：γ-TiAl双辉等离子渗钽工艺及改性层性能研究

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【摘要】：与传统高温合金相比,γ-Ti Al具有密度低,比强度、比模量相对较高的优势,被公认为最有发展前景的高温结构材料之一。但是γ-Ti Al在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,并且在强还原性介质中会发生严重的局部腐蚀或全面腐蚀,这些缺陷限制了其应用。本课题提出采用双层辉光等离子渗金属技术,在γ-Ti Al表面制备钽改性层,显著提高其抗高温氧化及耐蚀性能。经过正交实验获得最佳工艺参数,所制备的Ta改性层厚度约为25μm,与基体结合良好,结合力达到60N。表面改性层主要物相为α-Ta,并且表面显微硬度达到415.36HV0.3。Ta改性层的纳米硬度达到448.4DHT115,相对于基体有明显的升高,弹性模量为2.29×105Mpa,相对于基体明显降低说明具有较好的变形能力以及较好的抗塑性变形的能力。Ti Al基体与Ta改性层的高温抗氧化性能测试实验分别在750℃、800℃和850℃下进行。Ti Al合金渗Ta后试样表面的氧化产物以Ta2O5、Al Ta O4等混合氧化物为主,氧化膜堆积致密无孔洞,氧化动力学曲线基本符合Wagner抛物线氧化规律,合金的抗氧化性能得到提高。电化学腐蚀实验分别在10wt%和20wt%HCl溶液及10wt%和40wt%H2SO4溶液中进行,结果表明Ta改性层表面形成的Ta2O5膜具有优越的耐腐蚀能力,能有效阻止Cl-的进入,并且具有一定粘附作用,可以使原本松散的Ti O2钝化膜保持完整连续,因此其抗腐蚀性能得到提高。熔盐腐蚀实验表明,改性层表面形成一层坚固的β-Ta2O5与Al Ta O4复杂氧化物保护膜,拥有良好的热稳定性以及耐腐蚀性能,从而很好的保证了氧化膜的完整性和保护性,能有效地阻止硫、氯和氧元素的入侵,提高了改性层的耐腐蚀性。
【关键词】：双层辉光等离子渗金属技术 Ta改性层 高温氧化 电化学腐蚀 熔盐腐蚀
【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
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 钛及钛基金属间化合物的应用11-14
• 1.1.1 钛11
• 1.1.2 钛基金属间化合物11-12
• 1.1.3 钛铝金属间化合物的应用及存在问题12-14
• 1.2 钽及钽合金的发展状况14-15
• 1.3 钛钽合金的发展15-16
• 1.4 制备钽涂层的表面技术16-18
• 1.4.1 化学气相沉积16-17
• 1.4.2 等离子喷涂17
• 1.4.3 磁控溅射17
• 1.4.4 离子注入17-18
• 1.4.5 多弧离子镀18
• 1.5 课题的提出和研究内容18-20
• 1.5.1 课题的提出18-19
• 1.5.2 研究内容19-20
• 1.6 课题的可行性分析20-22
• 第二章 实验材料、设备及方法22-29
• 2.1 实验材料及设备22-24
• 2.1.1 实验材料22
• 2.1.2 实验设备22-24
• 2.1.3 实验操作过程24
• 2.2 性能组织表征24-25
• 2.3 氧化实验方案25-26
• 2.3.1 测试标准25
• 2.3.2 氧化前处理25
• 2.3.3 实验过程25-26
• 2.3.4 检测与分析26
• 2.4 腐蚀实验方案26-27
• 2.4.1 电化学腐蚀实验26-27
• 2.4.2 熔盐腐蚀实验27
• 2.5 技术路线图27-29
• 第三章 TiAl合金表面等离子渗Ta试验研究29-38
• 3.1 γ-TiAl表面等离子渗Ta工艺方案29-33
• 3.1.1 处理温度对Ta改性层的影响30-31
• 3.1.2 气压对Ta改性层的影响31-32
• 3.1.3 保温时间对Ta改性层的影响32-33
• 3.1.4 最佳工艺参数的确定33
• 3.2 最佳工艺制备的钽改性层的组织结构、成分与力学性能33-37
• 3.2.1 最佳工艺制备的改性层的组织与成分33-35
• 3.2.2 显微硬度测试35
• 3.2.3 纳米压入测试35-36
• 3.2.4 结合力测试36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 Ta改性层高温氧化性能研究38-50
• 4.1 金属高温氧化机理概述38-40
• 4.1.1 高温氧化定义38-39
• 4.1.2 金属高温氧化热力学分析39
• 4.1.3 金属高温氧化动力学分析39-40
• 4.2 750℃氧化实验结果与分析40-43
• 4.2.1 氧化动力学曲线40-41
• 4.2.2 氧化膜表面形貌及成分分析41-43
• 4.3 800℃氧化实验结果与分析43-45
• 4.3.1 氧化动力学曲线43-44
• 4.3.2 氧化膜表面形貌及成分分析44-45
• 4.4 850℃氧化实验结果与分析45-48
• 4.4.1 氧化动力学曲线46
• 4.4.2 氧化膜表面形貌及成分分析46-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 Ta改性层耐腐蚀性能研究50-75
• 5.1 金属的腐蚀50-51
• 5.1.1 金属腐蚀的概念50
• 5.1.2 金属腐蚀的形式50-51
• 5.2 电化学腐蚀测试51-70
• 5.2.1 电化学法51-54
• 5.2.2 Ta改性层和TiAl基体在 10wt%HCl溶液中的电化学测试结果54-58
• 5.2.3 Ta改性层和TiAl基体在 20wt%HCl溶液中的电化学测试结果58-62
• 5.2.4 Ta改性层和TiAl基体在 10wt%H2SO4溶液中的电化学测试结果62-66
• 5.2.5 Ta改性层和TiAl基体在 40wt%H2SO4溶液中的电化学测试结果66-70
• 5.3 熔盐腐蚀试验70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

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