钛合金微弧氧化抗高温氧化研究现状

钛合金因具备高强度、耐蚀性及比强度高等特点被广泛应用于军用及民用等各个领域。但是,其在高温环境使用时会发生高温氧化反应,导致其性能降低,限制了它的使用。微弧氧化（MAO）技术可使钛合金表面原位生长一层致密的氧化膜,膜层与金属基体结合能力强,拥有一定的耐磨、耐蚀及抗高温等特性,且其工艺流程简单高效、成本低而环保,可明显提高钛合金的抗氧化性,延长其在高温条件下的服役时间。综述了MAO技术在钛合金抗高温氧化领域的研究现状,总结了反应参数、电解液、微弧氧化反应时间及电源模式等条件对微弧氧化陶瓷膜层结构和抗高温氧化性能的影响。     

K44铸造镍基高温合金800 ℃氧化行为的研究

用静态增重法研究K44铸造镍基高温合金800 ℃氧化动力学.结果表明,K44合金的氧化动力学遵循抛物线规律,属于完全抗氧化级.利用X射线衍射、能谱分析确定K44合金氧化膜的组成以Cr2O3为主,含有NiCr2O4及TiO*TiO2.在高温氧化期间,K44合金发生了内氧化.     

新型镍基高温合金的高温氧化行为研究

新型镍基高温合金是一种能够高温下能够保持良好强度、抗燃的金属材料,被广泛应用在工业领域之中.但目前对于新型镍基高温合金的研究大多是在材料稳定性、耐腐蚀等方面,很少有涉及高温氧化性行为的研究.所以本文详细阐述了一中新型镍基高温合金的高温氧化行为的研究方法.     

合金元素对TiAl合金高温氧化行为的影响

研究了合金元素Nb、Cr、Ag元素对TiAl合金900℃在空气中的高温氧化性能的影响．高温氧化试验存热天平上进行．结果表明，Ti-46．5Al-5Nb合金在900℃形成的氧化膜具有与TiAl合金同样的分层结构，不同之处在于本研究合金形成连续的保护性Al2O3内阻挡层，从而使膜的增长速率相对TiAl合金有所下降．Ti-48Al-8Cr-2Ag在900℃氧化形成连续的保护性Al2O3层，它的抗氧化性优于Ti-46．5Al-5Nb从氧化机理分析了合金相同条件下氧化程度不同的原因．     

K444铸造镍基高温合金的高温氧化行为

为了研究燃气轮机叶片材料K444铸造镍基高温合金的高温氧化性能,研究了K444铸造镍基高温合金800℃及850℃恒温氧化动力学及氧化机制.采用x射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪分析了K444合金氧化产物、氧化膜形貌及成分.结果表明：在实验条件下K444合金氧化动力学遵循抛物线规律.在高温氧化期间,K444合金表面氧化膜无明显剥落.氧化膜主要由Cr₂O₃组成,含有少量的NiCr₂O₄及TiO₂.氧化膜呈多层结构：外层较薄,膜质疏松,孔隙较多,是以TiO₂为主的不连续氧化物膜层;中间层是以Cr₂O₃为主的连续致密保护性氧化物膜层,其中含有少量的NiCr₂O₄及TiO₂;内氧化层以Al₂O₃为主.     

不同Si含量的Cu-Si合金在纯O_2中的高温氧化行为

为了研究Si的添加量对Cu高温氧化行为的影响,采用电弧熔炼（CA）方法制备2种成分的Cu-Si合金（CA Cu-0.15Si、CA Cu-1.3Si）,并研究它们在700℃和800℃纯O2中的高温氧化行为.结果表明：2种成分的Cu-Si合金氧化后均形成了CuO→Cu2O→Cu2O＋SiO2→内氧化区结构的氧化膜,均未形成连续的SiO2保护膜.随着温度的升高,相同成分的Cu-Si合金氧化速度明显提高.相同温度下随着Si含量的增加,Cu-Si合金的氧化速度明显下降.     

DZ4定向凝固合金的抗高温氧化行为研究

为了满足航空发动机热端关键零部件的高温使用性能,依据GB/T13303-91和HB5258-2000标准,对DZ4定向凝固合金进行了1 100℃、300 h高温氧化性能试验,对试验数据进行了分析,绘制了氧化动力学曲线.用MX2600FE型扫描电镜及能谱仪对其表面形貌、截面组织形态、相组成等进行了观察与测量.实验结果表明:DZ4定向高温合金在1 100℃、300 h氧化过程中,氧化膜组成主要为NiO、α-Al2O3 Ni(Cr,Al)2O4,氧化膜是连续完整和致密的,在氧化的后期,氧化膜表层有轻微的剥落,且未观察到氧化膜内侧发生内氧化.其氧化动力学曲线符合抛物线规律,其氧化速率K＜0.1,氧化性能评定属于完全抗氧化.     

2520不锈钢的高温氧化行为研究

采用静态增重法测定2520不锈钢在高温条件下的氧化动力学,运用X射线衍射测定氧化物类型,运用扫描电镜（SEM）观察不同氧化时间形成的氧化膜的形貌,通过能谱分析（EDS）氧化膜的成分,研究2520不锈钢的高温氧化行为.实验结果表明,氧化物类型主要为Fe2O3,且氧化物类型随温度的升高而变化.在氧化初期,氧化物中富Fe,氧...     

K438高温合金Al-Si涂层的高温氧化表面形貌分析

为提高航空发动机使用寿命,航空发动机涡轮机叶片表面均采用防护涂层技术,以提高基体合金的抗高温氧化腐蚀性能.采用热扩散的方法,在K438镍基高温合金表面制备了Al Si涂层.依据GB/T13303 91标准,对制备了Al Si涂层的K438高温合金进行了1 000℃×500h高温氧化性能试验.用XL 300FEG扫描电镜对氧化后的涂层表面进行观察分析,分析结果表明,K438高温合金表面的Al Si涂层,在高温氧化过程中已转变成连续致密的αAl2O3 氧化膜,该氧化膜无裂纹、剥落发生,可有效地阻止氧原子的渗入.涂层中Si元素的加入,能有效地阻止涂层元素与基体元素的互扩散,起到了扩散障的作用,延长了涂层的退化周期,使涂层获得了优良的抗高温氧化性能.     

钛合金表面低氧压熔结Al-Cr涂层及其高温抗氧化性

采用低氧压高温快速熔结技术在钛合金表面制备Al Cr熔结涂层,通过对涂层形貌及涂层断面的组织结构进行观察、分析,研究了熔结时间等工艺参数对熔结涂层的形成及Al Cr涂层对Ti 6Al 4V合金在600℃(873K)空气中循环氧化行为的影响。结果表明:合理控制熔结时间可控制互溶区的宽度,大大增强涂层与基体的结合强度和涂层的循环氧化抗力,在本试验条件下,使合金的抗循环氧化能力提高了近300倍。     

Ti6Al4V钛合金微弧氧化工艺研究

采用直流稳压电源,选用3种不同PH值的碱性微弧氧化电解液,在Ti6Al4V钛合金表面制备微弧氧化膜层;应用扫描电子显微镜分析微弧氧化膜层形貌特征。结果表明,钛合金微弧氧化膜层表面凹凸不平,带有微米级和亚微米级的孔洞,孔洞周围呈现火山丘状形貌特征;微弧氧化电解液PH值越大,火花放电时间越长;在给定电压条件下,电解液PH值越大,微弧氧化膜层厚度越大。     

T91钢高温水蒸气氧化行为

通过T91钢在650℃高温水蒸汽条件下的氧化实验,用静态增重法测定了T91钢的氧化动力学曲线,其氧化动力学遵循类抛物线规律;对氧化膜进行扫描电镜、X射线衍射和能谱分析.结果表明,氧化膜的氧化物类型为Fe2O3和Fe3O4,在不同的氧化时间段分别呈片状、簇状、条状和颗粒状;氧化物晶粒是通过形核和长大形成的;氧化1h时,氧化膜的表面有Cr,其后均未发现Cr,且随后的8h氧化过程中,氧化反应一直在氧化膜的外表层进行,即发生外氧化.     

近α型Ti600合金吸氢热力学的研究

根据钛合金吸氢的热力学性质,通过管式氢处理炉,在不同的温度条件下利用连续多步吸氢法进行Ti600合金的吸氢热力学试验,建立不同温度条件下的PCT热力学曲线。研究结果表明:Ti600合金吸氢的平衡氢压随氢含量和温度的增加而增加,在较低温度下,PCT曲线存在一个很短的平台;当吸入Ti600合金中的氢超过其溶解度时,生成氢化物相,氢在氢化物相中的溶解度与其平衡氢压满足Sieverts’定律;根据Van’t Hoff定律,近α型的Ti600合金中α_H→氢化物相变的焓变和熵变分别为-55.99 kJ/mol和-131.585 J/(K·mol)。       

高温对钛合金疲劳性能影响的研究

对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金的高温疲劳性能进行了试验研究。阐述了试验数据处理方法；重点讨论了分析了热暴露，温度及应力集中等因素对其疲劳性能的影响。统计分析结果表明，热暴露对钛合金疲劳性能影响不大。当温度高于２００℃时，温度升高会使其疲劳寿命降低。     

不同含量的活性元素钇对K38高温合金1000℃氧化行为的影响

研究添加不同含量活性元素钇（Y）的K38铸造高温合金在1 000℃的氧化行为.结果表明：不添加活性元素Y合金的氧化质量增加明显高于含Y合金.不添加Y的合金和添加0.05%（质量分数,以下同）Y的合金发生了内氧化,内氧化物为Al2O3和TiN.而含0.1%和0.5%Y的合金没有内氧化发生,Y促进了Al的选择性氧化.当Y含量达0.5%时,合金中析出富Y相,降低了合金的氧化抗力.     

Si含量对熔炼Fe-Si合金高温氧化行为的影响

为了揭示Si元素含量对合金高温氧化行为的影响机制,采用电弧熔炼(CA)方法制备3种成份的Fe-Si合金(CA Fe-0.5Si、CA Fe-1Si和CA Fe-3Si),采用Zry-2P综合热分析仪研究了它们在900～1000℃纯O2中的高温氧化行为.动力学分析表明:随着温度的升高,相同成份的Fe-Si合金氧化速度明显提高;相同温度下随着Si含量的增加,Fe-Si合金的氧化速度明显下降.X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明:3种成份的Fe-Si合金氧化后均形成了Fe2O,3→Fe3O4 FeO→FeO→FeO SiO2结构的氧化膜,均未形成连续的SiO2保护膜.     

Fe-Ni-Al合金在900℃时的氧化行为研究

为了提高Fe-Ni合金的抗氧化性能,采用熔铸法制备了50Fe-40Ni-10Al三元合金,采用增重法研究了其在900℃空气中的高温氧化行为.利用XRD、SEM和EDS对氧化膜进行了表征.结果表明:氧化过程满足抛物线规律;经过开始时的快速氧化后,在氧化膜底部生成了一层连续完整的Al2O3膜,阻止了Al的内氧化及其他金属的氧化,氧化速度显著降低;氧化产物以Fe2O3、Fe3O4为主,含有少量的Al2O3以及尖晶石型氧化物AlFe2O4;Fe2O3和Al2O3形成了固溶体;氧化进行过程中Al2O3的含量逐渐上升.所得合金具有良好的抗氧化性能,基本满足作为惰性阳极材料的要求.     

钛合金富锰阳极氧化膜的研究

研究一种新的钛合金阳极氧化膜制备工艺,该工艺在制备钛合金氧化膜基础上,通过添加适量的锰元素改变了膜层构成.由于锰含量在膜层中的变化,使钛合金氧化膜出现均匀的凸起,使膜层由导体转变为绝缘体.采用扫描电镜观察锰含量变化情况,分析锰元素含量变化对氧化膜构成的影响.采用划格实验、摩擦实验测试了膜层性能,实验结果表明结合良好,耐磨性良好.     

一种近α钛合金间隙元素含量和冲击性能关系分析

采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等手段研究了间隙元素含量对一种新型Ti-Zr-Mo-Nb-Sn系近α钛合金室低温冲击性能的影响.结果表明,温度降低,合金冲击值随之降低;间隙元素含量越低,合金的冲击韧性越好,且其对合金低温冲击性能的影响明显强于室温.间隙元素原子固溶到合金中引起点阵畸变会抑制低温下孪生.77K时氧当量为0.15%的试样冲击应变组织变形程度较大且有不同方向存在交互作用的孪晶产生.氧当量0.23%的试样组织变形程度较小,且组织中的孪晶也较少,与低氧当量试样相比,变形孪晶的生长受到限制,孪晶更加细长.为保证合金在超低温下的冲击韧性,必须控制合金中间隙杂质的含量为超低间隙级（ELI）.