溶胶-凝胶法制备Al_2O_3涂层及其对Ti6Al4V基合金的高温氧化防护性能

以Al(OC3H7)3(异丙醇铝)为原料,采用溶胶-凝胶法于Ti6Al4V基合金表面制备了不同厚度的Al2O3涂层。经SEM和XRD分析表明,涂层表面均匀、无裂纹,主要由非晶态Al2O3组成。研究了涂层对Ti6Al4V基合金等温(600℃和700℃)氧化行为的影响。结果表明,0.8μm厚涂层对合金的高温氧化防护性能最优。于700℃空气中等温氧化20 h,涂层样和空白样抛物线氧化速率常数分别为7.60×10-11、1.46×10-10g2/(cm4.s);涂层样氧化膜TiO2含量明显低于空白样;Al2O3涂层有效抑制了合金表面氧化膜的剥落和开裂;涂层样氧化膜厚度仅为空白样的1/2。     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

TiAl涂层对Ti3Al合金的热腐蚀防护

利用磁控溅射的方法在Ti3Al合金上溅射Ti-48Al-8Cr-2Ag涂层,研究涂层对Ti3Al合金热腐蚀行为的影响。热腐蚀采用浸盐法,在900℃25%Na2SO4+75%K2SO4熔盐中进行,利用带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)对腐蚀膜进行观察分析。结果表明,在熔盐热腐蚀中,Ti3Al合金表面发生大面积脱落,而涂层试样表面腐蚀膜结合牢固。涂层对基体具有很好的防护作用。     

等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。     

Ti基表面激光重熔Al涂层及高温氧化行为研究

为了提高纯Ti的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂方法在Ti基表面制备Al涂层。采用激光重熔扫描Al涂层,使Ti层与Al层发生冶金反应,对其进行800℃,40h连续氧化,根据Ti与Al反应生成的金属间化合物,研究其高温抗氧化行为。结果表明:经过表面改性处理后的Al涂层可以显著地提高纯Ti的高温抗氧化性能;在激光重熔过程中,Al元素发生熔化扩散与Ti结合形成以Ti Al3为主的扩散层;在高温氧化过程中,涂层表面形成连续且致密的α-Al2O3,同时扩散层中的富Al相为Ti基表面提供充足的Al元素,进而对Ti基体提供有效的高温抗氧化保护作用。     

几种铝合金的焊合特性

通过H13钢热浸铝试验研究了纯铝、YL112合金及YL102合金熔体的压铸焊合特性,结果表明:H13模具钢在纯铝熔体中热浸形成了Fe2Al5、FeAl3金属间化合物相层,热浸YL112、YL102合金熔体形成了FeSiAl3、Fe2Al5金属间化合物相层,YL112、YL102合金熔体中的Si元素能够抑制热浸组织中金属间化合物层的快速生长,减弱熔体与模具钢间的相互作用,使YL112、YL102合金与压铸模具间的焊合倾向降低。     

硅对热浸镀ZnAl4合金镀层组织及生长动力学的影响

采用热浸镀法在纯铁片表面制备锌铝合金镀层,研究纯铁片在锌铝熔池(ZnAl4)中的界面反应,分析熔池中添加硅元素对镀层组织与生长动力学的影响。结果表明:随热镀时间延长,锌铝凝固组织与基体间的金属间化合物层(即中间合金层)的厚度增加。熔池中加入0.15%Si时,铁铝金属间化合物层的生长受到抑制,厚度减小,特别是在600℃时厚度减小更明显。Si在金属间化合物层中富集,使Fe和Al原子通过液相通道相互扩散受到阻碍,铁铝抑制层稳定存在,从而降低金属间化合物层的厚度。熔池中硅含量增加至0.30%时,对于铁锌合金层的抑制作用消失,合金层结构与不含硅时相似,形成Fe_2Al_5/FeAl_3/(Zn-Al)液相凝固组织。中间合金层的厚度随时间延长呈抛物线增长,表明镀层的形成受扩散控制;但适量硅在中间合金层的溶解能阻碍铁锌原子的扩散,从而抑制镀层过度生长。     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5 μm.经镀膜,试样表而粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541λm.涂层表面以TiAlN TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构.复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品.氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h.     

稀土在热浸镀铝中的行为和分布研究

分别在工业纯铁和20碳钢上制备了热浸镀纯铝和稀土铝镀层,采用扫描电镜(SEM)观察了镀层横截面和表面的形貌,采用能谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)分析了镀层横截面的稀土分布.结果表明,添加稀土热浸镀铝后,表面层厚度减少,合金层厚度增加;镀层表面比较平整、连续、无裸露点、裂纹和氧化物夹杂,且FeAl3相短而细小;稀土渗入了镀层,且分布很不均匀,在部分区域存在偏聚,表面层与合金层界面处以及齿状Fe2Al5相的边缘处和齿尖处稀土含量较高.分析了稀土对镀层厚度和组织形貌的影响及稀土的渗入机理.     

La对热浸镀铝合金层生长动力学的影响

研究了工业纯铁分别热浸镀纯铝和稀土铝后合金层厚度随浸镀时间的变化。结果表明,稀土镧渗入了合金层,并对镀铝有明显的催渗作用,使镀铝速度提高约20%~30%。对740℃经不同时间的热浸镀铝试样测定合金层厚度(y)。将y及所对应时间(t)代入经验公式lny=(1/n)lnK+(1/n)ln t,经一元线性回归处理后,y与t之间满足y2=K t抛物线关系。稀土渗入合金层,会增大晶体缺陷密度,有利于铝原子的扩散。稀土的添加可降低铝原子的扩散激活能,起到催渗的作用。此外,测定了合金层的镧含量分布。