γ-TiAl辉光等离子渗Cr及Cr-C共渗层的组织结构与性能研究

论文摘要

γ-TiAl基合金密度低,具有高的比强度和比弹性模量,使用温度与高温Ni基合金相近,但其密度仅为高温Ni基合金的一半,因此被认为是新一代高温结构候选材料之一,可广泛应用于汽车或航空发动机的高温部件。然而,γ-TiAl基合金的耐磨性能和抗高温氧化能力不足严重限制了其应用范围,成为亟待解决的关键问题。利用表面处理技术在γ-TiAl基合金表面形成改性层是提高其摩擦学性能和抗高温氧化能力的重要手段。但常规的表面处理技术,如离子氮化、物理气相沉积、离子注入等获得的表面改性层,只适用于改善其在常温下中低载荷和中低滑动速度下的摩擦学性能,在高温高载荷、高滑动速度条件下,以上改性层往往由于改性层厚度不够、抗高温氧化能力差、韧性不足或结合强度低等问题而易导致失效。针对上述问题,本文提出采用双层辉光等离子渗金属技术（DGPSAT）,在γ-TiAl基合金表面形成渗Cr及Cr-C共渗的改性层,随后用OM,EDS,XRD,SEM分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了其表面弹性模量、表面显微硬度、高温（500℃）和常温摩擦磨损性能以及抗高温（830℃）氧化能力。试验结果表明:（1）在一定的试验参数条件下,γ-TiAl基合金可获得理想的表面改性层,其成分由表层向基体内部呈梯度分布,改性层与基体为完全冶金扩散层结合,表面弹性模量得到大幅度降低;（2）双层辉光等离子渗Cr和Cr-C复合渗对提高γ-TiAl基合金的耐磨性能和高温抗氧化性能均起到有益作用,尤其是Cr-C复合渗,其表面显微硬度大大提高,表现出有益的耐磨性能和抗高温氧化能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金属间化合物概述
• 1.1.1 金属间化合物的特性
• 1.1.2 金属间化合物的发展
• 1.2 TiAl 基金属间化合物
• 1.2.1 TiAl 基合金的制备
• 1.2.2 TiAl 基合金的研究进展
• 1.2.3 TiAl 基合金的应用及存在问题
• 1.3 TiAl 基合金的表面合金化发展概况
• 1.3.1 TiAl 基合金表面渗碳法
• 1.3.2 TiAl 基合金表面渗氮法
• 1.3.3 TiAl 基合金其他表面改性方法
• 1.3.4 TiAl 基合金不同表面改性方法的对比
• 1.4 双层辉光等离子渗金属技术
• 1.4.1 双层辉光等离子渗金属技术基本原理
• 1.4.2 双层辉光等离子渗金属技术特点
• 1.5 课题的提出及主要研究内容
• 1.5.1 课题的提出及研究目标
• 1.5.2 可行性分析
• 1.5.3 课题的研究内容
• 1.5.4 拟解决的关键问题
• 第二章 试验材料制备及试验方法
• 2.1 渗CR 试验
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 渗具布置
• 2.1.3 实验设备及操作过程
• 2.2 无氢渗C 试验
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 渗具布置
• 2.2.3 实验设备及操作过程
• 2.3 工艺试验方案和思路
• 第三章 TiAl 基合金表面等离子渗CR 试验研究
• 3.1 最佳工艺参数的确定
• 3.1.1 源一阴极间距、源极电位的影响
• 3.1.2 温度和阴极电压的影响
• 3.1.3 时间的影响
• 3.1.4 气压的影响
• 3.1.5 最佳工艺参数
• 3.2 渗CR 层的组织和成分分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 TiAl 基合金表面等离子无氢渗C 试验研究
• 4 1 最佳渗C 工艺参数的确定
• 4.2 CR-C 共渗层的组织和成分分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 TiAl 基合金表面改性后耐磨性能的研究
• 5.1 前言
• 5.2 渗层的力学性能测试
• 5.3 磨损试验结果及分析
• 5.3.1 磨损性能检测实验
• 5.3.2 渗层高温（500℃）下摩擦磨损性能测试
• 5.3.3 渗层室温下摩擦磨损性能测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 TiAl 基合金表面改性后高温抗氧化性能的研究
• 6.1 前言
• 6.2 高温氧化试验方法
• 6.3 高温氧化试验结果及分析
• 6.3.1 高温氧化动力学曲线
• 6.3.2 EDS 成分分析
• 6.3.3 XRD 图谱
• 6.3.4 SEM 分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文