TiAlCr系高温钛合金防护涂层研究

TiAlCr系高温钛合金防护涂层研究

论文摘要

本文首次研究了应用多弧离子镀技术,采用TiAlCr系合金靶材,在近α型高温钛合金上成功制备的TiAlCr系高温合金防护涂层。在探讨工艺参数对涂层表面形貌、组织结构、沉积速率、结合强度的影响的基础上,确立了适宜的沉积工艺,在此工艺下成功获得了两种组元含量的TiAlCr系合金涂层;并对它们的600℃静态氧化、700℃循环氧化进行了试验,绘制了700℃循环氧化动力学曲线,对涂层在各温度下不同氧化时间的表面形貌进行了金相显微镜、扫描电子显微镜的观测和分析,对涂层的高温氧化过程进行了探讨,对涂层的抗高温防护性能进行了评价;同时,还就有无涂层试样经600℃/100h、650℃/100h热暴露前后的室温拉伸性能进行了测试,就涂层对合金室温塑性的影响进行了探讨和评价。TiAlCr系合金涂层经600℃静态氧化100h后,表面形貌未发生明显变化,由其氧化前后表面成分变化判断出涂层未发生明显的纵向扩散,X射线衍射结果说明氧化氧化产物主要为θ-Al2O3和TiO2两相。700℃循环氧化试验结果表明,两涂层的氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,其中高Al含量2#涂层表现出较低Al含量1#涂层更加优良的抗氧化性,而两涂层均能明显提高合金基体的抗氧化性能。尽管在整个氧化过程中,两涂层均未形成连续致密的Al2O3保护层,但在迅速氧化的初期阶段结束后,两涂层的氧化速度都出现减缓趋势。由于1#涂层中Al含量较低,以及Cr的掺杂作用,在随后的氧化过程中,氧化速度基本一致;2#涂层在氧化中期阶段,由于θ-Al2O3所占比例大,出现稳态氧化阶段,但出现时间较晚,而在Ti的竞争生长和Cr的掺杂作用影响下,稳态氧化持续时间较短,很快进入失稳氧化阶段。对比热暴露前后涂层试样的室温拉伸性能,发现TiAlCr系合金涂层对钛合金室温拉伸塑性下降起到一定的缓冲作用。该试验研究工作充分表明,多弧离子镀用于TiAlCr系合金高温防护涂层的沉积是完全可行的,具有实际价值和发展前途。而为进一步优化TiAlCr系合金涂层的高温防护作用,沉积偏压选择、靶材成分设计、涂层组元含量、微量元素添加、拉伸塑性维持等方面仍需进一步深入研究。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 高温钛合金氧化
  • 1.2 试验合金基体选择
  • 1.3 高温钛合金防护涂层分类
  • 1.3.1 扩散涂层
  • 1.3.2 覆盖涂层
  • 1.3.3 小结
  • 1.4 试验涂层选择
  • 1.4.1 Al 元素的选择
  • 1.4.2 Cr 元素的选择
  • 1.4.3 Si 元素的选择
  • 1.4.4 Y 元素的选择
  • 1.5 多弧离子镀技术
  • 1.6 本工作的目的和意义
  • 2 试验材料及方法
  • 2.1 试验材料
  • 2.2 试验方法
  • 2.2.1 TiAlCr 系合金涂层制备
  • 2.2.2 氧化试验
  • 2.2.3 拉伸性能测试
  • 2.2.4 金相组织观察
  • 2.2.5 断口形貌观察
  • 2.2.6 结合强度测定
  • 2.2.7 X 射线衍射分析
  • 2.2.8 热处理试验
  • 3 沉积工艺确定
  • 3.1 表面形貌和液滴
  • 3.2 涂层断面组织
  • 3.3 结合强度
  • 3.4 小结
  • 4 TiAlCr 系合金涂层
  • 4.1 TiAlCr 系合金涂层沉积
  • 4.2 表面形貌和液滴
  • 4.3 涂层截面形貌
  • 4.4 涂层断口形貌
  • 4.5 涂层表面成分
  • 4.6 涂层相组成
  • 4.7 分析与讨论
  • 4.7.1 成分离析
  • 4.7.2 涂层成分分析
  • 4.7.3 涂层厚度
  • 4.8 小结
  • 5 TiAlCr 系合金涂层静态氧化性能研究
  • 5.1 氧化前后表面形貌变化
  • 5.2 氧化前后成分变化
  • 5.3 氧化前后相组成变化
  • 5.4 小结
  • 6 TiAlCr 系合金涂层的循环氧化性能研究
  • 6.1 高温氧化热力学分析
  • 6.2 高温氧化动力学分析
  • 6.3 涂层表面形貌
  • 6.4 分析与讨论
  • 6.5 小结
  • 7 涂层对高温钛合金拉伸性能的影响
  • 7.1 热暴露后涂层对室温拉伸性能的影响
  • 7.2 热暴露后拉伸断口观察
  • 7.3 分析讨论
  • 7.4 小结
  • 8 结论与展望
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢
  • 相关论文文献

    标签:;  ;  ;  ;  ;  

    TiAlCr系高温钛合金防护涂层研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢