TiAl基合金高温氧化动力学分析

关于ｉＡｌ的高温氧化问题，国内外已有广泛报道［１，２］，但缺乏对氧化产物的系统分析．本文从氧化物生成热力学角度讨论了二元ＴｉＡｌ及三元ＴｉＡｌ－Ｃｒ合金氧化产物的生成趋势，旨在为ＴｉＡｌ氧化层构造研究提供理论基础．１ＴｉＡｌ氧化物的热力学计算 二元ＴｉＡｌ在９７３Ｋ以上高温氧化时，生成两种稳定的氧化物［３］：Ｒ－ＴｉＯ２和α－Ａｌ２Ｏ３。由于ＴｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３的生成自由能相近［４］，在原子比约为 １：１的 ＴｉＡｌ基合金中，将几乎同时生成两种氧化物，故不能形成单一致密的Ａｌ２Ｏ３保护层． 式中：气…     

放电等离子烧结超细晶ODS镍基合金的高温氧化行为研究

通过机械合金化 (MA) 和放电等离子烧结 (SPS) 制备了 Cr₂O₃颗粒强化的超细晶结构镍基高温合金(ODS 合金)。对比研究了不添加氧化物颗粒合金 (Base 合金) 和 ODS 合金样品的微观结构和高温氧化行为。结果表明,在1200 ℃烧结过程中,Cr₂O₃完全转变为Al₂O₃。由于SPS快速烧结及弥散分布的原位Al₂O₃颗粒钉扎,抑制了晶粒长大,ODS合金具有十分细小的晶粒结构,其平均晶粒尺寸为0.98 μm;Base合金平均晶粒尺寸稍大,为1.54 μm。ODS合金在900 ℃下具有较好的抗氧化性能和较低的氧化速率,得益于其表面迅速生成了连续致密的内层α-Al₂O₃膜,能有效地阻止Ti和Cr向外扩散,表面生成少量保护性较差的TiO₂和NiCr₂O₄。而Base 合金表面则生成了以 Al     

TiAl基合金高温氧化及防护的研究进展

全面综述国内外TiAl基合金体系高温氧化机理及其防护研究进展,特别是20世纪90年代以来的研究情况。主要阐述TiAl系金属间化合物分类及其应用、TiAl基合金高温氧化行为、氧化膜结构及其形成、氮效应、表面效应、Z相的形成及其对氧化行为的影响,合金化和涂层防护方法及其机理、近年来出现的新表面处理技术以及传统表面处理技术在TiAl基合金抗高温氧化防护方面的应用,对各种防护方法的特点及应用范围进行对比分析,并对该领域研究的发展趋势进行展望。     

微观组织结构对TiAl合金高温氧化行为的影响

通过分析不同微观组织TiAl合金在850℃下的恒温氧化行为,揭示了不同微观组织TiAl合金的高温氧化机制。研究表明,近γ组织和双态组织TiAl合金表现出优异的高温抗氧化性,850℃恒温氧化100h后,样品表面氧化膜厚度分别为13.78、12.81μm,而全片层组织TiAl合金在同等条件下的氧化膜厚度为19.06μm。经850℃氧化100 h后,不同微观组织TiAl合金表面均形成了不具有保护作用的TiO_2/Al_2O_3混合氧化层。全片层组织TiAl合金高温抗氧化性不足的主要原因是基体中存在过多的原子扩散通道（片层晶界和板条相界）,导致大量的氧进入基体发生氧化反应,而近γ组织和双态组织中原子扩散通道明显减少,且存在大量抗氧化性能优异的γ晶粒,显著降低了氧扩散与氧化速率,从而提高了TiAl合金的高温抗氧化性能。     

等离子渗Mo提高TiAl基合金抗高温氧化性能的研究

研究了等离子渗Mo处理对Ti-46.5Al-1.0V-2.5Cr(原子分数)合金抗高温氧化性能的影响。结果表明:等离子渗Mo处理能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力,这主要是因为TiAl基合金经等离子渗Mo处理后在表面形成含Ti-Al-Mo的致密合金层,该致密合金层具有良好的抗高温氧化性能。     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

γ—TiAl基合金的高温氧化性能及防护方法

γ－TiAl基合金密度低，并具有较高的高温强度，良好的抗氧化性能和抗蠕变能力，被认为是一种极具应用潜力的高温结构材料．但由于该合金的室温塑、韧性较差，限制了其在实际中的应用．对此，材料科学工作者进行了大量的研究，在不断加深对TiAl合金变形机理的了解基础上，采用合金化、不同的热处理工艺等手段，使得该合金的室温塑、韧性等均得到了一定的提高．然而，作为高温结构材料，对γ－TiAl基会金的高温性能的研究不容忽视．其中，高温氧化是TiAl合金高温下的一个重要失效模式，提高γ－TiAl合金高温氧化的极限温度也是提高该合金…     

TiAl基合金高温气体渗氮

研究了TiAl基合金在氨气中进行的高温渗氮行为,采用XRD和EPMA对渗氮层进行的测试分析显示,渗层由TiN和Ti2AlN组成。其中TiN分布于外层而TiAlN分布于内层。通过对渗氮前后的合金表面硬度和耐磨性的对比结果表明：经过不同工艺渗氮的试样其表面硬度及其耐磨性都有不同程度的提高,当渗氮温度提高到940℃,渗氮时间延长到50h,试样的表面努氏硬度可达1286kg/mm^2。     

渗硅TiAl基合金的氧化动力学

改善TiAl基合金的高温抗氧化性能可更大限度地发挥其性能优势,固体渗硅是一种工艺简便且行之有效的方法,深入了解渗硅TiAl基合金的氧化动力学对保证其安全应用以及进一步的理论和实验研究具有重要意义。对经不同温度、时间固体渗硅处理的TiAl基合金在90 0℃下长期循环氧化过程中的动力学研究表明,其氧化过程通常包含三个阶段,即抛物线、线性和二次氧化阶段。提高渗硅温度有利于提高抗氧化性能。其中,经1 2 5 0℃渗硅2h的试样表现出优异抗高温氧化性能,在所测试的1 0 0 0h以内的整个循环氧化过程中仅出现抛物线氧化阶段,经90 0℃氧化1 0 0 0h后,增重小于0 . 3mg·cm- 2 ,相应的抛物线型氧化速率常数,Kp≈6 . 0 3×1 0 - 5mg2 (cm4 ·h) ,优异的抗氧化性能与其表层形成致密的Al2 O3层和相对稳定的Ti5Si3层有关。     

TiAl基合金离子渗碳与高温抗氧化性研究

研究了辉光离子渗碳处理对TiAl基合金的渗层组织、表面硬度和抗高温氧化性的影响。实验显示,渗碳处理可在TiAl基合金的表面形成由碳化物和过渡层组成的复合相结构,经不同渗碳处理的试样,其表面硬度和抗高温氧化性均得到明显提高。     

大塑性变形-反应烧结TiAl合金的高温压缩屈服强度

研究了大塑性变形-反应烧结TiAl合金的高温压缩屈服强度。结果表明：高能球磨显著改善了烧结TiAl合金的压缩性能，同时其压缩性能还取决于烧结工艺。球磨1h粉末挤压坯经1250℃烧结4h后，800℃时的压缩屈服强度最高，达到620MPa，且与其实温值相当：而经1250℃烧结不同时间的未球磨粉末烧结体，800℃时压缩屈服强度最高仅为485MPa。因此，采用大塑性变形-反应烧结工艺制备高性能TiAl合金是可行的。     

低温真空扩散反应制备高性能TiAl合金粉

通过高能球磨均匀混合以及低温真空预烧工艺制备TiAl合金粉,原料为粒度43μmTi粉和9~12μmAl粉,研究不同温度下不同保温时间后Ti、Al混合粉的合金化程度。结果表明:高能球磨1h的Ti、Al混合粉在500℃保温2h,再在600℃保温3h能制得主要为TiAl相和少量Ti3Al相的合金粉,制备合金粉的平均粒径为20μm左右。     

放电等离子烧结的钛铝合金组织及氧化性能研究

研究了TiH2-45Al-0.2Si-5Nb未球磨和球磨两种粉末的放电等离子烧结组织特征以及经1000℃、100h高温氧化后的氧化性能.结果表明,未经球磨粉末的烧结组织由层片状TiAl和Ti3Al相组成,而经球磨粉末的烧结组织由细小的颗粒状TiAJ和Ti3Al相组成.球磨粉末的烧结组织氧化速度低于未球磨粉末的烧结组织,形成了连续的Al2O3和TiO2混合氧化物层,具有良好的高温抗氧化性.     

Microstructure of TiAl alloy prepared by intense plastic deformation and subsequent reaction sintering

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉＡｌａｌｌｏｙｓａｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｐ ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎａｉｒｃｒａｆｔｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅ ,ｏｗｉｎｇ     

TiAl基合金显微组织对高温抗氧化性的影响

研究了Ｔｉ－３３Ａｌ－３Ｃｒ－０．５Ｍｏ（ｗｔ％）合金的近ｒ相组织、双态组织、近层片状组织和全层片状组织等几种典型显微组织对其９００℃下循环氧化过程中高温抗氧化性的影响。结果表明，双态组织试高温抗氧化性最好，而近层片状组织试样的高温抗氧化性最差。使用扫描电子显微镜及能谱、波谱分析仪分析了各种显微组织试样的氧化层结构和组成。     

多弧离子镀铝对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

利用多弧离子镀技术在TiAl合金表面制备镀铝层.采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层对TiAl合金的高温抗氧化性能的影响.结果表明:TiAl合金表面离子镀铝后,形成致密的纯铝层,经850℃×100 h高温氧化后,氧化膜外层为连续致密的A12O3,内层为扩散层TiAl3相,有效地提高了TiAl合金高温抗氧化性能; 经950℃×100h高温氧化后,表面氧化膜由A12O3及少量的TiO2组成,膜层中TiAl2为主要成膜相.对TiAl合金的抗高温氧化性能起到一定的提高作用.     

Ti600合金的高温氧化行为研究

研究了Ti600合金在600~750℃下的高温氧化行为。采用连续氧化增重的方法及氧化速度常数、氧化活度等理论计算了合金氧化的热力学和动力学规律;用XRD、SEM、EDS等手段研究保护膜的表面相结构和表面形貌以及截面元素分布。结果表明:Ti600合金在700℃以下均有较好的抗氧化性能,其连续氧化动力学曲线基本符合抛物线规律;在750℃,氧化较严重,其连续氧化动力学曲线近似符合抛物线-直线规律。氧化层由金红石型的TiO2氧化物和少量的Al2O3组成。Al2O3能阻止氧的渗入,降低氧化速度。     

Al_(0.5)CrCoFeNi高熵合金高温氧化的研究

采用真空电弧炉在氩气保护下熔炼Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金,在不同温度(800~1100℃)下进行100 h的高温氧化实验,测定其氧化动力曲线,采用X射线衍射仪和扫描电镜等方法分析氧化层结构和形貌。结果表明:Al0.5Cr Co Fe Ni高熵合金在800和900℃形成的氧化膜较完整且致密,具有较为优异的抗氧化性能。在1000和1100℃形成的氧化膜较厚,膜内有大量裂纹与孔洞,抗氧化性能较差。氧化初期,界面反应起主导作用,随着氧化膜的生长,扩散过程发挥越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素,以致一种或多种合金元素氧化物在表面析出,形成尖晶石类内层氧化物Ni Cr2O4、Co Cr2O4、Fe(Cr,Al)2O4内氧化层。在高温氧化过程中,N2会参与反应,与Al发生较强反应,生成Al N颗粒,进一步的氧化过程使Al N再次氧化,N2逃逸,留下具有Al N外形的空洞。     

Ti2AlN/TiAl复合材料的高温氧化行为

采用压力浸渗法制备Ti2AlN/TiAl复合材料(Ti2AlN体积分数25%),研究该复合材料的高温氧化行为。结果表明:600～800℃,材料氧化过程分为初期快速氧化和后期缓慢氧化两阶段;900～1100℃,氧化过程分为初期快速氧化、中期缓慢氧化和后期匀速氧化3阶段;但是1100℃时,材料氧化的第2阶段(缓慢氧化阶段)很短暂。800,1000,1100℃氧化24h后,复合材料增重分别为0.83,2.58和27mg/cm2。同时研究了Ti2AlN/TiAl复合材料在不同温度区间、不同氧化阶段的氧化产物、氧化层厚度和氧化层结构变化规律,分析讨论影响复合材料氧化性能的主要因素。