渗硅TiAl基合金高温循环氧化动力学分析

用最小二乘法对渗硅TiAl基合金在900、1000、1100和1200 ℃的循环氧化数据进行了拟合.结果表明:渗硅TiAl基合金900 ℃氧化在所测试的118 h内氧化动力学曲线呈抛物线规律;1000 ℃氧化在0～50 h之间呈抛物线型规律,50～118 h之间呈直线型氧化规律;1100 ℃氧化在0～4 h之间呈抛物线型规律,4～8 h之间呈直线型氧化规律,8～16 h呈二次型加速氧化规律,16 h出现剥落现象;1200 ℃循环氧化在0～4 h呈二次型加速氧化规律,4 h后出现剥落现象.相应的氧化速率常数为:900 ℃时Kp≈4.924×10-5 mg2cm-4h-1,1000 ℃时Kp≈7.778×10-5 mg2cm-4h-1,1100 ℃时Kp≈9.392×10-2 mg2cm-4h-1.并对渗硅层在温度超过1000 ℃后的氧化机制进行了初步探讨.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

SiO2涂层对TiAl基合金抗高温氧化性能的影响

采用SiO2溶胶-凝胶-旋涂法对TiAl基合金表面进行涂膜。900℃循环氧化测试结果表明,TiAl基合金经SiO2溶胶两次涂膜并热处理后,其抗高温氧化性能得到了显著提高,未涂膜试样氧化一个循环（8h）后增重2.333mg/cm^2,涂膜热处理试样氧化40个循环（320h）增重仅为0.6071mg/cm^2。XRD和SEM对试样表层的组织结构分析及形貌观察表明,涂层主要由SiO2、Al2O3、Ti5Si3、TiSi2和Ti2Al构成,由表及里分别为SiO2层-Al2O3层-Al2O3＋钛硅化合物层-Ti2Al层-TiAl片层组织基体。     

细晶TiAl基合金的制备及高温氧化行为

采用机械合金化及放电等离子烧结方法制备超细晶/纳米晶TiAl基合金,并利用差热分析仪进行循环高温氧化试验,研究粉末机械合金化对烧结细晶粒TiAl基合金组织及高温氧化性能的影响。结果表明,球磨是获得细晶粒组织的原因,粉末经球磨及放电等离子烧结后,形成了细小、球状的TiAl和Ti3Al相组织;该细晶粒组织在高温循环氧化条件下显示出较高的抗氧化性,且随Nb量增加抗氧化性得到提高,升温阶段的氧化速率最快。     

TiAl基合金微弧氧化工艺特性研究

采用自行研制的设备（100kW），对TiAl基合金微弧氧化的工艺特性了进行研究。结果表明：TiAl基合金进行擞弧氧化时，较适合的溶液为NaAlO2溶液；微弧氧化的过程和膜层的性能受到电流和电压影响，而频率和占空比的影响不大。     

锻造TiAl基合金的晶粒长大及其动力学分析

研究了锻造TiAl基合金在1180到1320℃热处理时的晶粒长大过程,并分析了在等温热处理时晶粒长大的动力学在α相转变温度Tα以上等温热处理时,晶粒迅速长大,晶粒长大因子为2.4;在Tα以下等温热处理时,当热处理时间由10 min延长至4 h时,α晶粒不断长大,γ体积分数ψγ逐渐变化至平衡值,而γ晶粒尺寸Dγ增长较小继续延长热处理时间,显微组织没有明显的变化,α晶粒尺寸的极限值Dα0约为0.65Dγ/ψγ.提高热处理温度时,α晶粒长大速度加快,在1180,1220,1260和1300℃热处理时,α晶粒长大因子分别为2.9,2.8,2.65和2.5.     

TiAl基合金表面Mo合金化试验研究

对TiAl基合金表面Mo合金化试验进行了研究,并对试验前后的TiAl进行了抗高温氧化性能测试。结果表明:TiAl表面Mo合金化后,在表面形成致密均匀的合金层,该合金层具有良好的抗高温氧化性能,能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力。     

氯对TiAl基合金高温氧化行为的影响

研究了表面喷沙少量ＭｎＣｌ２及离子注入氯对ＴｉＡｌ基合金９５０℃恒温氧化行的影 响ＴｉＡｌ合金９５０℃氧化后氧化膜为ＴｉＯ２及Ａｌ２Ｏ３的混合物,表面涂少量ＭｎＣｌ２后, 合金氧化速度降低了４个数量级,氧化膜的成分主要为Ａｌ２Ｏ３,离子注入Ｃｌ在氧化初期也显著降低 了氧化速率,延迟了ＴｉＯ２形成时间。     

典型耐热镍基合金抗高温氧化行为研究

通过高温循环氧化实验,研究了3种镍基合金在1095和1150℃的高温抗氧化行为,并采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究了氧化膜表面形貌、氧化膜厚度及成分。结果表明:BSTMUF601合金的抗氧化性能优于Inconel601合金和Incoloy800H合金,Incoloy800H合金抗氧化性能最差。1095℃下合金的氧化动力学曲线呈抛物线规律,1150℃下Incoloy800H合金抗氧化性显著降低,试样氧化极为严重,温度低于1150℃时合金均体现出良好的抗高温氧化能力。BSTMUF601和Inconel601合金氧化后表面生成一层致密的氧化膜,经分析主要是Cr和Al的氧化物,且氧化膜外层以Cr的氧化物为主,氧化膜厚度接近50μm,Incoloy800H合金表面氧化层中以Fe的不同结构氧化产物为主。     

微量钪对TiAl基合金高温力学性能的影响

研究了添加微量钪对具有全层片组织和双态组织的ＴｉＡｌ基合金在９００℃的高温力学性能的影响。结果表明,微量Ｓｃ可以显著提高ＴｉＡｌ基合金的高温屈服强度及抗压强度。使用金相显微镜和透射电子显微镜详细地分析了试样高温压缩变形前后的显微组织及其变化,在此基础上探讨了合金高温下的塑性变形行为及其微合金化强化机理。     

静止空气中TiAl断续氧化动力学

用热重法研究了５种铸态ＴｉＡｌ在静止空气中的高温（７００℃～１０００℃）断续氧化行为。ＴｉＡｌ在７００℃,１００ｈ戏微。８００℃,１００ｈ～１０００℃,１００ｈ氧化动力学曲线可用幂函数△Ｍ＾ｎ＝ｋｎｔ描述,通常１〈ｎ〈２,这表明。ＴｉＡｌ的断续氧化规律一般介于线性规律与抛物线规律之间。中、高温（≤９００℃）氧化时,合金成份对ＴｉＡｌ的氧化行为影响显著,但随着氧化温度进一步增主,不同ＴｉＡｌ基合金间     

高铌TiAl基合金高温抗氧化性能研究

在等原子比的TiAl基化合物的基础上添加不同量的Nb元素，获得了4种含不同组成相和微观组织的合金．用氧化增重法研究了这4种含Nb合金和二元TiAl合金在1000℃静止空气中的断续氧化行为．采用XRD、SEM和EPMA分析了氧化膜的结构和组成．结果表明，Nb的加入能够提高合金的高温抗氧化性．以γ α2为主相的合金Ti-42．8Al-14．2Nb形成了有效的保护性抗氧化膜．过量Nb的加入促使合金中富Nb相增多，氧化膜中出现Nb2O5，使氧化膜的结构疏松，同时氧化膜出现分层，氧化层剥落加速．     

钛铝高温氧化表面分析

将５种铸态ＴｉＡｌ置于７００℃～１０００℃静止空气中断续氧化１００ｈ。采用ＸＲＤ和ＳＥＭ／ＥＤＳ分析技术,观察分析了ＴｉＡｌ氧化后的表面形貌、相组成及分布状况,结果表明：氧化产物主要为金红石型Ｒ－Ｔ和刚玉型α－Ａ１２Ｏ３;低温、短时氧化时,氧化产物呈混合形式存在;高温、长时化时,在混合氧化物之外易形成纯Ｒ－ＴｉＯ２晶体层。