γ-TiAl辉光等离子无氢渗碳后的组织及性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术（DGPSAT）对γ-TiAl金属间化合物进行等离子表面无氢渗碳处理,用OM、EDS和XRD分析了渗碳层的显微组织、化学成分及其相组成,测试了其表面显微硬度和耐磨性。结果表明,γ-TiAl经双层辉光等离子渗碳后,其表面形成以XTisC5,TiC,TiAl和C等相组成的合金层,有效厚度约为15μm;渗层与基体结合牢固;渗层成分由袁及里呈梯度分布;摩擦磨损性能也得到了提高。     

γ-TiAl合金表面辉光等离子渗Cr-W层微观组织及力学性能研究

利用双层辉光等离子表面渗金属技术(DGPSAT)在γ-Ti Al合金表面进行等离子渗Cr-W处理,采用扫描电镜、硬度分析、X-射线及磨损试验,研究了Cr-W共渗合金层对γ-Ti Al合金组织结构、成分、硬度及磨损性能的影响规律。结果表明,γ-Ti Al与共渗合金层表面结构均匀,结合处连接紧密,无孔洞、裂纹等缺陷;共渗合金层硬度比基体高近2倍,且至少可承受65 N垂直载荷;在室温和500℃下含有Cr-W共渗合金层的γ-Ti Al合金的摩擦系数、磨损率和磨损失重均小于基体。     

γ-TiAl合金表面辉光等离子Ni-Cr共渗层的组织与性能

采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl合金表面进行Ni-Cr共渗处理,形成均匀致密的Ni-Cr合金层,通过SEM、EDS、XRD等对其渗层显微组织、化学成分和相结构进行分析,并测试了合金层的显微硬度及耐磨性。结果表明,合金层有效渗层厚度为25μm,主要由Cr2 Ti、AlTi、Cr、NiTi2、Cr1.75 Ni0.25 Ti等相组成;合金层中合金元素Cr和Ni由表及里呈梯度分布,合金层与基体结合牢固;合金层的显微硬度、动态硬度及摩擦磨损性能显著高于基体。     

碳钢表面等离子高Cr合金层耐蚀性能的研究

在Q235钢表面进行双层辉光离子渗Cr，表面Cr含量约为40％，渗层厚度近50 μm；然后进行超饱和渗碳，表面含C量达到2.7％左右，超过Fe-Cr-C平衡碳计算值0.3％.随后进行淬火＋低温回火处理，经X射线衍射分析，合金化层碳化物类型为M23C6、M7C3.将双层辉光离子渗Cr＋渗碳淬火试样，在10％H2SO4、3.5％NaCl水溶液和H2S富液(含H2S 5～8 g/L，NH3·H2O 20 g/L)中，进行电化学腐蚀试验.结果表明，渗Cr试样在10％H2SO4、3.5％NaCl水溶液和H2S富液中的耐腐蚀程度比Q235基体试样，分别提高了2.35、3.10、2.14倍.     

工艺参数对Q235钢辉光等离子渗Cr渗层影响的研究

在不同电源、不同气压、不同温度工艺参数下对Q235钢表面进行辉光等离子渗Cr.用金相显微镜及扫描电镜观察渗层组织形貌,用能谱仪进行渗层Cr元素浓度分布测定,用X衍射仪进行物相分析.结果表明:不同电源渗Cr的渗层均出现反应扩散现象,渗层均为明显的柱状晶组织;脉冲电源渗Cr层厚度最大达到100 μm以上,表面Cr含量达到40%(w%)左右,渗层距表面10μm处Cr含量达到10%以上,渗Cr层成分分布明显好于直流电源和双辉双电源;脉冲电源渗Cr随气压的升高,渗层厚度及Cr含量先增大后减小,工艺条件下最佳气压值为30 Pa;脉冲电源渗Cr随着温度的升高Cr渗层厚度增加,渗层Cr浓度分布曲线随温度的升高由表面向内梯度变得平缓且浓度提高.     

钛合金表面原位合成TiN渗镀层摩擦性能研究

采用双层辉光离子渗金属技术在钛合金TC11表面原位合成TiN渗镀层以提高其耐磨性。利用OM、SEM、EDS、XRD对TiN渗镀层的形貌、组织成分、相结构进行分析;通过显微硬度、划痕试验对TiN层力学性能进行研究;通过常温磨损试验研究了TC11合金表面TiN渗镀层摩擦磨损行为及机理。结果表明,在常温磨损试验条件下TiN层摩擦系数下降一半,表现出较好的减磨耐磨性能;渗镀层显微硬度达到1400HV0.2;渗镀层与基体结合力为45N,结合强度高。     

不同表面状态和热暴露对γ-TiAl合金疲劳性能的影响

研究了中等强度粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46Al-5Nb-lW(at%)热暴露前、后不同表面加工状态下的疲劳性能。结果表明,热暴露前虽然绝大多数样品在σ_(max)σ_(0.2)的条件下进行疲劳,但是由于层片晶粒尺寸变化幅度大,容易在粗大的层片晶粒和软位向上,出现σ_(max)σ_(0.2)的局部异常情况,导致早期屈服并诱发裂纹萌生。因此,表面加工质量的改善对S-N疲劳强度的有益影响明显小于细晶粒合金。研宄还发现,热暴露中由于释氧和有序相相变引起的脆化效应并不明显,合金反而因样品在热浴中长期浸泡,导致残余应力释放和缺陷钝化而出现了疲劳性能增强的趋势。其增强的幅度和表面质量改善的程度相关。此外,该粗晶粒合金显示出较低的缺口敏感系数,在引入V型缺口后,其疲劳缺口敏感系数在热暴露前为0.27,热暴露后为0.32。     

碳钢表面加弧辉光离子镍铬共渗和渗层抗蚀性能的研究

采用加弧辉光子离子渗金属技术，在三种含碳量的碳钢试样表面进行了镍－铬共渗处理，对渗层的组织形貌，合金元素成分分布以及其相组成进行了研究，测定了经加弧辉光离子镍－铬共渗处理的试样在０．０５ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４溶液中的电位－时间曲线。     

等离子表面渗Nb对γ-TiAl合金扩散焊接性能的影响

采用双辉等离子表面渗金属技术在名义成分为Ti-45Al-8.5Nb (W, B, Y) 的γ-TiAl合金表面制备了Nb涂层。使用SEM、EDS、XRD等手段研究了不同渗Nb温度、焊接温度对γ-TiAl合金扩散焊接接头微观组织及性能的影响。结果表明,在800～950 ℃的渗Nb温度范围内均可以在γ-TiAl合金表面形成致密的Nb涂层,随着渗Nb温度的升高,Nb涂层晶粒尺寸和表面粗糙度均不断增大。典型的接头组织从基体向焊缝中心可分为4层:I层(Nb涂层与基体间扩散层)、II层(含有少量AlNb₂的Ti-Nb互溶层)、III层(富Ti-TiNi层)、IV层(近等原子比TiNi层)。接头的剪切强度随渗Nb温度和焊接温度的升高均呈先增大后减小的趋势。渗Nb温度为850 ℃,焊接温度为900 ℃时获得的接头剪切强度最高,达到82.0 MPa。     

多弧离子镀Cr涂层对γ-TiAl合金高温氧化性能的影响

采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备Cr涂层,用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金在高温下氧化性能的影响。结果表明,涂层在高温下可形成保护性氧化膜,氧化膜主要分为内外两层,其中外层氧化膜在650℃下主要为Cr2O3,在750℃下为TiO2,在950℃为Al2O3,内层氧化膜均为Ti-Al-Cr的混合氧化膜,Ti-Al-Cr的互扩散层可有效阻止氧向基体扩散,显著提高了γ-TiAl的抗高温氧化能力。     

Ti6Al4V合金表面等离子渗镍研究

采用双层辉光离子渗金属技术对Ti6Al4V合金(TC4)表面进行等离子渗镍研究.通过分析放电气压对渗层镍含量及厚度的影响得出,在950℃及20～50 Pa进行合金化时,当气压为30 Pa时可得到最佳质量的渗层.对此典型工艺条件下渗层的组织形貌、成分分布特征进行观察与分析,测试了渗层的显微硬度.并对渗层的摩擦学性能进行了研究.结果表明,渗层表面Ni含量最高可达95%,向内逐渐降低,基本呈梯度分布,显微硬度明显提高,耐磨性较基材TC4大大增强.     

Ti6A14V合金表面等离子渗镍研究

采用双层辉光离子渗金属技术对Ti6A14V合金（TC4）表面进行等离子渗镍研究。通过分析放电气压对渗层镍含量及厚度的影响得出，在950℃及20-50Pa进行合金化时，当气压为30Pa时可得到最佳质量的渗层。对此典型工艺条件下渗层的组织形貌、成分分布特征进行观察与分析，测试了渗层的显微硬度，并对渗层的摩擦学性能进行了研究。结果表明，渗层表面Ni含量最高可达95％，向内逐渐降低，基本呈梯度分布，显微硬度明显提高，耐磨性较基材TC4大大增强。     

全片层γ-TiAl合金显微组织对断裂行为的影响

通过SEM原位拉伸研究了全片层Ti-46．5Al-2．0Cr-1．5Nb-1.0V合金的显微组织与断裂行为的关系。通过热处理手段获得可区分晶粒尺度和片层厚度的全片层组织。研究表明，随着晶粒尺度的增大，裂纹扩展路径由平直变得曲折，断裂方式由沿片层界面和沿晶断裂变为穿片层断裂。随着片层厚度的减小，韧带的刚性增强，塑性变形减小，增韧效果得到改善。在全片层组织中，微裂纹在α2/γ片层界面形核。     

TC4 钛合金表面辉光离子渗 Mo 渗 S 复合处理涂层的组织和摩擦学性能

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面首先沉积Mo耐磨涂层,然后对渗Mo层在650℃进行渗S处理,研究了渗Mo渗S复合涂层的表面结构、硬度和磨损性能。结果表明:Mo层渗S后,表面组织细化,硬度降低;渗Mo渗S复合涂层表面形成相以具有润滑作用的MoS2为主,另外还有少量Mo2C和Ti2S相;渗Mo渗S涂层的磨损速率约为TC4的1/10。     

γ-TiAl合金铣削加工表面粗糙度研究

γ-TiAl合金因具有良好的高温物理和力学性能而广泛应用于航空航天、汽车等领域。通过γ-TiAl合金铣削加工正交试验,分析了切削参数对加工表面粗糙度的影响规律。研究表明:γ-TiAl合金铣削加工表面粗糙度的重要影响因素为背吃刀量和每齿进给量,其次是切削速度;切削速度、背吃刀量、每齿进给量之间的两两交互作用对表面粗糙度的影响不显著;表面粗糙度随着背吃刀量和每齿进给量的增加而增大,随着切削速度的增加先增大后减小。利用偏最小二乘回归法建立了基于切削参数的表面粗糙度的数学预测模型,通过模型的相关性分析以及F检验,验证了该模型具有较好的精度,能够满足表面粗糙度的一般性预测要求。在此次试验条件下获得最小表面粗糙度的切削参数为切削速度v_c=40 m/min、每齿进给量f_z=0.005 mm/z和背吃刀量a_p=0.05 mm。     

钛合金Ti6Al4V表面渗钼层的摩擦磨损性能

利用双层辉光离子渗金属技术在钛合金Ti6Al4V表面进行合金化，形成均匀、致密、厚度为9．4μm的钛钼合金渗层。表面硬度提高3倍左右，达到1050Hκ。采用球盘磨损试验机考察了钛合金Ti6Al4V表面渗钼层和Ti6Al4V钛合金的摩擦性能，得出该合金表面渗Mo后虽然摩擦因数略微增大，但耐磨性提高100余倍；通过对磨损形貌的分析可知，表面渗Mo合金层磨损机制主要表现为粘着及少量微切削。     

γ-TiAl合金中片层组织取向的控制

γ-TiAl合金是应用前景广泛的轻质高温结构材料,其全片层组织性能具有明显的各向异性.籽晶法定向凝固利用具有特定片层取向的籽晶材料使高温α相沿<110>方向生长,获得与生长方向平行的定向全片层组织;改变凝固路径法则通过在凝固组织中获得全β相生长,使最终片层组织与生长方向呈0o和45o夹角.本文综述了两种方法控制TiAl合金片层取向的原理及其研究进展,讨论了合金成分、凝固参数对片层取向控制过程的影响.针对国内外γ-TiAl合金定向全片层组织制备的现状,提出了需要进一步研究的问题.     

激光熔化沉积制造γ-TiAl合金的组织与性能

通过激光熔化沉积制造技术成功制备了X×Y×Z（40 mm×5 mm×60 mm）的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金沉积样品。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和背散射衍射（EBSD）分析了沉积样品的显微组织、相组成、晶粒取向及断口形貌;利用维氏硬度计测量了沉积样品不同位置上的硬度分布;利用拉伸机测量了沉积样品在Z向的拉伸性能。 结果表明,在最佳工艺参数条件下获得了成形良好的沉积样品,经过渗透检测后发现表面无裂纹。沉积样品的显微组织由γ+α2组成的层片状晶团及少量块状γ-TiAl相组成。在沉积状态下,沿试样Z方向的室温拉伸强度为425MPa,延伸率为3.3%。拉伸试样的断口形貌为准解理断口。     

Ti2AlNbO相合金双层辉光等离子渗Mo摩擦性能

利用双层辉光等离子表面冶金技术对Ti2AlNbO相合金进行渗Mo工艺研究。采用扫描电子显微镜、辉光放电光谱分析仪、X射线衍射仪和显微硬度计测试了渗Mo层的微观组织、化学成分、相组成和显微硬度。采用可控气氛微型摩擦磨损实验仪进行耐磨性研究。在最佳工艺参数下，渗Mo层可达100μm，表面Mo含量超过90％，且从表面到心部呈梯度分布。渗Mo层主要由纯Mo及Al5Mo相组成，硬度HV达8000MPa，渗Mo试样的平均摩擦因数为0．085，较Ti2AlNb基材降低6倍，磨损率仅为基材的7．5％。结果表明：Ti2AlNbO相合金表面的耐磨性能得到极大地提高。     

γ-TiAl合金表面TiC渗镀层的摩擦磨损性能

为了改善γ-TiAl合金摩擦学性能不理想的问题,采用双辉等离子表面合金化技术在γ-TiAl合金表面制备了TiC渗镀层,并使用扫描电子显微镜（SEM）、辉光放电光谱成分分析仪（GDOES）和X射线衍射仪（XRD）对TiC渗镀层的形貌、化学成分和物相结构进行分析,借助显微硬度计、划痕仪和往复摩擦磨损试验机对渗镀层的表面硬度、结合强度和摩擦磨损性能进行研究。结果表明：在γ-TiAl合金表面形成了纳米结构的TiC渗镀层,其中,沉积层厚约7 μm,扩散层厚约15 μm。渗镀层硬度比基体显著提高,达到2200 HV_0.2。渗镀层的摩擦因数和比磨损率都比基体大幅降低,摩擦因数从基体的0.7下降为0.37,比磨损率仅为基体的6.5%,表明制备的TiC渗镀层有效提高了γ-TiAl合金的耐磨性能。