TiAl合金表面TiAlCrY/YSZ涂层高温长时间服役性能

TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700～900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。     

定向凝固TiAl合金成分−组织−性能研究进展

TiAl合金由于其低密度和高比强度,在航空材料中展现出良好的应用前景。通过定向凝固控制TiAl合金晶体取向,有助于大幅提升合金高温性能和服役温度,促进TiAl合金在新一代航空发动机上的应用。综述了近年来TiAl合金定向凝固的研究方法和成分?组织?性能关系的研究进展,总结了国内外定向凝固TiAl合金的主要研究单位及研究主题,简要介绍了定向凝固方法与模壳材料的应用情况。从合金成分角度,分析并总结了α、β相稳定元素和其他常见元素对定向凝固组织和性能的作用;从力学性能角度,介绍了定向凝固高Nb?TiAl合金在高温拉伸、蠕变、高周疲劳性能上的优势及相关机理;从定向凝固工艺角度,归纳了生长速率和温度梯度对合金凝固路径、片层取向及宏观、微观偏析的影响。展望了定向凝固TiAl合金的未来发展方向。     

发动机用TiAl表面双辉等离子制备W-Mo合金层及其高温氧化行为

目前采用双辉等离子表面合金化技术在TiAl合金表面制备W-Mo涂层的研究不多。通过SEM与XRD等测试手段,研究双辉等离子表面合金化技术在TiAl基体表面制得的W-Mo合金涂层在780℃温度下的氧化行为。研究结果表明:W-Mo改性合金在初期氧化阶段快速氧化增重,经过100 h氧化后,试样增重5.2 mg/cm2,有效改善了TiAl基体的高温抗氧化性能。W-Mo合金涂层对氧气扩散起到阻碍作用,使TiAl基体抗高温氧化性能获得显著提升。氧化处理后合金涂层表面未发生改变,形成了致密、均匀的氧化膜层。TiAl基体经100 h氧化后表面氧化膜主要是一种柱状晶结构,TiAl基体氧化产物包括金红石型TiO2以及刚玉2种成分。     

TiAl合金热浸镀铝及热扩散处理后的镀层结构

为了提高TiAl基合金的抗高温氧化性能,采用热浸镀铝法和热扩散处理工艺在合金Ti-45Al-2Cr-2Nb-0.15B(原子分数,%)表面制备TiAl_3涂层.用XRD和SEM方法对涂层的结构和成分进行了分析.结果表明:TiAl合金经过热浸镀铝处理,表面生成了双相的富Al涂层,它由纯Al外层和TiAl_3内层组成;在550℃下,无论是在真空或者空气气氛中,进行扩散热处理,TiAl合金表面都形成了单相的TiAl_3涂层.     

TiAl合金表面涂层技术研究现状

TiAl合金由于其密度低,比强度和比刚度高,是航空航天工业理想的新型高温结构材料.室温塑性差的问题已通过添加合金元素和显微组织调控等手段基本得到解决,进一步提高其高温抗氧化和耐磨性能已成为需要重点研究的问题.表面涂层技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径,为此,综述了国内外TiAl合金表面涂层技术的研究现状,重点介绍了激光技术和热喷涂技术及其应用,并展望了TiAl合金表面涂层技术的发展趋势.     

高铌TiAl高温合金的研究现状与展望

高铌TiAl高温合金是一种具有发展前途的新一代高温结构材料,合金化元素铌的添加能够显著提高γ-TiAl合金的工程应用.文章首先综述了高铌TiAl合金的性能特点和应用前景,并简单介绍了该合金的最新基础研究情况,随后介绍了制备高铌TiAl合金的基本工艺.最后论述了国内外高铌TiAl高温合金的发展历史和趋势.     

TiAl合金热加工性能及其影响因素

TiAl合金以其轻质、耐高温等特点成为替代镍基高温合金的重要高温结构材料。具有优异热加工性能的beta−gamma TiAl合金是变形合金的主要研究方向。总结了TiAl合金的热加工性能研究现状,分析了高温无序α相对热加工性能的作用,对β相稳定元素进行了分类,并归纳了β相稳定元素对热加工性能及力学性能的影响规律,提出了变形TiAl合金的未来研究方向。     

TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状

TiAl金属间化合物具有低密度、高弹性模量、高比强度、良好的抗高温蠕变和抗高温氧化性能,被认为是极具潜力的高温结构材料,在航空航天及汽车发动机领域具有广阔的应用前景,特别是经定向凝固得到的TiAl合金在综合力学性能方面可得到良好的配合。然而,TiAl合金熔体由于具有高的化学活性,会与所有已知的耐火材料发生不同程度的化学反应,限制了其定向凝固铸件的生产和应用。首先回顾了TiAl合金的熔炼技术,然后对TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状进行了总结,在此基础上提出了一种新型的TiAl合金定向凝固用BaZrO3耐火材料,并展望了其今后的发展。     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

钼及钼合金改性硅化物高温抗氧化涂层研究现状

钼及钼合金因具有优异的高温力学性能而被广泛应用于电子工业、航空工业、核工业等领域,但这类材料在高温下易氧化的特性限制了其在工业生产中的应用。在钼及钼合金表面制备硅化物涂层是提高其抗氧化性能的主要措施,通过元素改性的方式可进一步提高硅化物涂层的抗氧化防护效果。本文结合近年来钼及钼合金改性硅化物高温抗氧化涂层的研究进展,详述了改性元素抑制涂层氧化损耗、阻止Si贫瘠区形成、提高涂层自愈性和降低涂层裂纹形成倾向四种抗氧化机理,介绍了常见的元素改性硅化物涂层体系及制备工艺,展望了今后钼及钼合金改性硅化物高温抗氧化涂层的研究方向。     

钼及其合金氧化防护涂层的研究进展

钼及其合金具有较好的高温力学性能和良好的耐腐蚀性能,然而高温氧化问题限制了钼及其合金的应用。分别从涂层体系、涂层结构及涂层的制备工艺3个方面综述了近年来国内外钼及其合金氧化防护涂层的研究进展。在涂层体系方面,目前的研究主要集中在钼的硅化物(如MoSi2涂层)上;在涂层结构方面,对比了各种结构涂层的特点,单一涂层与基体存在热膨胀不匹配问题,使得单一涂层作为高温防护的应用受到限制,然而复合涂层却明显改善了此缺点;在涂层的制备工艺方面,介绍了涂层的各种制备工艺及其优缺点。综合应用各种涂层制备工艺,发展新型复合涂层是今后钼及其合金氧化防护涂层的发展方向。     

铸造用TiAl母合金制备技术研究进展

目前,新型轻质高温结构材料TiAl合金铸造部件已经进入工业化生产阶段,急需工业级铸造用TiAl母合金的制造技术和评估体系作为支撑。结合了钢铁研究总院铸造TiAl合金工程化研究和应用成果,概述了国内外铸造TiAl合金材料和部件的工程化应用现状,在此基础上,提出了铸造TiAl母合金的化学成分、规格等技术要求,并进一步对比分析了2次自耗熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼+自耗熔炼等母合金制备工艺的优缺点,最后提出了工业级铸造TiAl母合金的技术发展方向。     

钼及钼合金表面高温抗氧化涂层研究现状

钼合金作为新一代重要战略意义的稀有金属,现已广泛应用于冶金、石油、机械、化工、航空航天、核工业等诸多领域,但钼合金在高温环境下易氧化影响了其在航空航天领域的应用。综述了应用于钼及钼合金基体上的金属间化合物、贵金属、耐热合金高温抗氧化涂层体系的不同特点,总结了涂层的不同制备方法并进行了分析对比,展望了国内外钼及钼合金高温抗氧化涂层研究发展趋势,对目前涂层存在的问题及研究现状进行了深入的分析与概述。     

物理气相沉积在镁合金表面防护领域的研究现状

镁合金表面耐腐蚀性能、耐磨性能较差,物理气相沉积(PVD)镀膜技术是一种提高镁合金表面性能的有效方法。总结了PVD镀膜防腐蚀层和耐磨层的特性,分析了涂层耐腐蚀耐磨的机理和存在的不足。综述了镁合金表面PVD膜层的研究进展,阐述了物理气相沉积技术对镁合金的表面改性的应用现状,并对该技术在镁合金上的发展进行了概括,指出了目前PVD技术在镁合金表面防护领域的新前景,为今后PVD技术对镁合金表面防护的研究与发展提供了相关参考。     

元素粉末法制备TiAl金属间化合物的研究进展

元素粉末冶金因具有成本低、制备的合金组织均匀细小等优点而受到广泛关注。简要介绍了元素粉末法制备TiAl合金的研究进展,主要从反应机理、致密化行为和力学性能等方面进行综述。研究表明,Ti与Al元素的反应由扩散控制,借助TiAl3和TiAl2等中间相最终得到Ti3Al和TiAl相共存的反应产物。在高Nb–TiAl合金的Ti–Al–Nb三元系中,Nb元素主要通过形成中间产物——Nb–Al化合物最终均匀分布在基体相中。从原料和工艺两个角度总结了元素粉末法制备TiAl合金过程中影响致密化的因素,介绍了提高元素粉末法制备TiAl合金的热加工和力学性能的方法,总结了近年来元素粉末法制备TiAl合金的力学性能研究成果。目前来看,元素粉末法制备的TiAl合金力学性能已达到变形合金的水平。     

Oxidation protective coatings for γ‐TiAl – recent trends

Engine designers show continued interest in γ‐TiAl based titanium aluminides as light–weight structural materials to be used at moderately elevated temperatures. Although alloy development has made significant progress in terms of mechanical properties and environmental resistance, protective coatings have been developed that help to extend the lifetime of these alloys significantly. The major challenge of coating development is to prevent the formation of fast growing titania. Furthermore, changes of coating chemistries at high temperatures have to be considered in order to avoid rapid degradation of the coatings due to interdiffusion between substrate and coating. The paper describes recent work of the authors on different coatings produced by means of magnetron sputter technique. Thin ceramic Ti‐Al‐Cr‐Y‐N layers tested at 900 °C exhibited poor oxidation resistance. In contrast, intermetallic Ti‐Al‐Cr, Si‐based and aluminum rich Ti‐Al coatings were tested at exposure temperatures up to 950 °C for 1000h resulting in reasonable and partially excellent oxidation behaviour.     

多主元难熔高熵合金的研究进展

近年来,高熵合金(HEAs)因其新颖的设计理念和优异的综合力学性能成为了新材料领域的研究热点之一。作为HEAs一个重要分支的难熔高熵合金(RHEAs)由于将高熔点难熔元素作为主要合金成分而具有优异的高温抗软化性能。难熔高熵合金在高温下具有良好的相稳定性,有望成为新型高温结构材料。相比于传统的高温合金,难熔高熵合金的成分范围更广,密度区间更大,抗氧化性也更好。在过去的十余年中,难熔高熵合金的研究已经取得了很大进展。许多合金和合金体系都已经进行了广泛的测试和表征,包括力学性能和氧化行为等方面,有关固溶强化、变形机制和氧化行为的新模型也正在出现并不断完善。计算机构建模型和模拟计算也逐渐应用于难熔高熵合金的研究,促进了难熔高熵合金的开发和发展。主要介绍了难熔高熵合金的成分设计,对比分析了其制备工艺和相组成,并讨论了其室温和高温时的力学性能及高温抗氧化性。最后总结了难熔高熵合金研究目前存在的问题和瓶颈,并对未来研究方向提出了建议。     

PROTECTIVE COATINGS FOR AERO ENGINE HOT SECTION COMPONENTS

Aluminide coatings have been widely used in the aircraft industries for the protection of gas turbine engine hot section components against oxidation and/or hot corrosion. This paper considers modes of coating degradation under conditions of cyclic oxidation, hot corrosion and corrosion-erosion interactions during service, as well as the effects of interdiffusion between coating and substrate alloys either during service or coating application. It also discusses means of improving existing coatings as well as advanced coating systems currently under development. In assessing coating performance, consideration must be given to the influence that coatings may have on substrate properties such as mechanical strength, resistance to creep and resistance to mechanical and thermal fatigue. Finally, it is stressed that proven performance for a given coating/substrate combination is no guarantee that no deleterious reaction will occur when the same coating is used with a different substrate alloy. Therefore, coating substitution requires requalification.     

Recent research and development of mould materials for casting TiAl alloys

Intermetallic TiAl alloys are new generation high-temperature material. However, extensive application of TiAl alloys is hindered by some disadvantages, especially the high processing cost. Currently, precision casting is an effective method to manufacture TiAl components with complex shape. However, the interfacial reaction between the TiAl alloy melt and mould affects the quality of the castings and hinders extensive applications of casting TiAl components. In this paper, the research status of mould materials for the casting of TiAl alloys is reviewed. Performances of present used mould materials are compared in details. Reaction mechanisms between mould materials and the melts of TiAl alloys are also summarised. Finally, the future development tendency and prospect are pointed out.