TC4热浸镀Al-Zn及其在钛/铝合金接触腐蚀防护中的应用

论文摘要

钛合金材料凭借其优异的综合性能及良好的减重效果在航空航天领域中得到了越来越广泛的应用。但是,当钛合金与铝合金接触使用时,由于两者之间存在较大的电位差,使得钛/铝合金在腐蚀介质中会构成腐蚀电偶,加速铝合金的腐蚀,带来钛/铝合金的接触腐蚀问题。尤其是在使用钛合金紧固件紧固铝合金时,由于应力和缝隙的综合作用,铝合金的腐蚀情况更为严重。针对上述问题,本文从接触腐蚀的主要影响因素入手,首先采用热浸镀法在TC4钛合金表面制备Al-Zn合金改性层,通过减小接触电偶的电位差和高阻膜的生成增加接触使用时的接触电阻来减弱电偶腐蚀的影响。然后在实验过程中设计相应的电化学腐蚀测试、全浸试验和中性盐雾试验来对改性之后的钛/铝合金接触腐蚀防护性能进行检验。最后通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等现代测试分析手段来表征改性层的组织形貌、化学成分、相组成,并对改性层的力学性能及其应用于钛/铝合金接触腐蚀防护效果进行了检测。结果表明:二浴单件溶剂法,浸镀温度为670℃,浸渗时间7min,提升速度0.1m/s,并添加质量分数为0.2%Ce工艺参数下所制备的Al-Zn改性层,满足钛/铝合金接触腐蚀防护及其力学性能的要求。改性层有效厚度达到40μm,截面组织由最外层的富Al-Zn相和中间合金层的富Ti-Al相构成,不仅能够降低TC4表面电位还能起到牺牲阳极保护阴极的作用,而且改性层组织致密、表面硬度高、结合力好,适合紧固件的接触使用。电化学腐蚀测试、全浸试验、中性盐雾试验结果都表明改性层对钛/铝合金接触偶中的铝合金起到了很好的防护作用,将接触使用的铝合金使用寿命提高23倍,对钛合金基体也具有一定的保护作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 接触腐蚀概述
• 1.2.1 接触腐蚀定义及其类型
• 1.2.2 接触腐蚀的影响因素及其防护措施
• 1.3 TC4表面制备钛/铝合金接触腐蚀防护改性层成分设想
• 1.4 TC4表面制备Al-Zn改性层工艺方法的确定
• 1.4.1 热浸镀铝技术
• 1.4.2 粉末包埋渗铝技术
• 1.4.3 感应加热渗铝技术
• 1.4.4 热喷涂铝技术
• 1.4.5 电镀铝技术
• 1.4.6 离子渗金属技术
• 1.4.7 离子注入技术
• 1.5 课题的提出和本文主要研究内容
• 第二章 试验材料、设备及研究方法
• 2.1 TC4 表面热浸镀制备Al-Zn合金层的材料和设备
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 主要热浸铝设备
• 2.2 接触腐蚀试验原理及其研究方法
• 2.2.1 电化学腐蚀测试
• 2.2.2 全浸试验及其研究方法
• 2.2.3 中性盐雾（NSS）试验及其研究方法
• 2.3 钛/铝接触腐蚀试验评价标准与方法
• 2.3.1 纯电偶腐蚀的评价标准与方法
• 2.3.2 纯缝隙腐蚀的评价标准与方法
• 2.3.3 电偶、应力及缝隙共同作用下的接触腐蚀试验评价标准与研究方法
• 2.4 其它试验设备
• 第三章 TC4表面热浸镀Al-Zn合金层的工艺参数确定
• 3.1 热浸镀铝锌镀层中锌铝元素和合金元素的影响
• 3.1.1 镀层中锌铝元素比例
• 3.1.2 合金元素对铝锌镀层的影响
• 3.2 热浸镀Al-Zn合金层制备工艺方法的确定
• 3.2.1 助镀剂的选择及助镀工艺的确定
• 3.2.2 表面覆盖剂配方的确定
• 3.2.3 试样的预处理
• 3.2.4 试样编号及试验工艺流程
• 3.3 TC4 表面热浸镀制备Al-Zn合金层工艺参数的确定
• 3.3.1 试样提出速度的确定
• 3.3.2 稀土元素添加量的确定
• 3.3.3 浸镀温度和浸镀时间的确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 最佳工艺参数改性层组织结构、成分及其性能研究
• 4.1 镀层的组织结构与成分
• 4.1.1 镀层的表面形貌及组织结构
• 4.1.2 镀层的截面形貌及组织结构
• 4.1.3 最佳工艺参数镀层表面相结构分析
• 4.2 最佳工艺参数镀层力学性能分析
• 4.2.1 最佳工艺参数镀层的表面显微硬度测试
• 4.2.2 最佳工艺参数镀层的显微硬度分布
• 4.2.3 最佳工艺参数镀层的划痕测试
• 4.3 本章小结
• 第五章 Al-Zn改性层用于钛/铝合金接触腐蚀防护性能的研究
• 5.1 评价接触腐蚀性能试验设计
• 5.1.1 接触腐蚀试验试样原材料
• 5.1.2 接触腐蚀试验试样的安装
• 5.1.3 接触腐蚀试验相关环境参数的选择
• 5.2 电化学腐蚀测试结果
• 5.3 模拟全浸试验结果
• 5.3.1 宏观腐蚀形貌观察
• 5.3.2 微观腐蚀形貌观察
• 5.4 中性盐雾腐蚀试验（NSS）结果
• 5.4.1 宏观腐蚀形貌观察
• 5.4.2 微观腐蚀形貌观察
• 5.5 接触偶中钛合金的腐蚀情况
• 5.6 Al-Zn合金改性层用于钛/铝合金接触腐蚀防护机理的初步研究
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表论文