TiAl合金表面Si-Co-Y扩散渗层的高温抗氧化性能

采用扩散共渗方法在TiAl合金表面制备了Si-Co-Y渗层,分析了渗层的组织结构、形成机理及其在950 ℃时的抗氧化性能。所制备的Si-Co-Y渗层组织致密,呈多层结构：主要由TiSi₂表层,TiSi₂+Ti₅Si₄+Ti₅Si₃混合组成的外层,Ti₅Si₃中间层和TiAl₂内层组成;渗层生长过程由Si的向内扩散控制,且遵循先沉积Si后沉积Co的有序过程。氧化实验结果表明,Si-Co-Y渗层具有良好的高温抗氧化性能,在950 ℃氧化100 h后表面形成了由SiO₂, TiO₂和Al₂O₃组成的保护性氧化膜;该氧化膜的生长遵循抛物线规律,氧化增重的抛物线速率常数约为6.3×10_-2 ^mg₂^/cm₄ ^h_1/2^,较基体合金低约一个数量级。     

TEM Observations of the Initial Oxidation Stages of Nb-Ion-Implanted TiAl

Coupon specimens of TiAl were implanted with Nb ions at an acceleration voltage of 50 kV with a dose of 10²¹ ions m.^–2 They were then slightly oxidized during heating to 900 or 1200 K, or at 1200 K for 3.6 ksec (1 hr) in a flow of purified oxygen under atmospheric pressure. The implanted specimens and oxidized specimens were characterized and observed by AES, X-ray diffractometry, SEM, TEM, EDS, and EPMA. Implantation improves the oxidation resistance significantly by forming virtually -Al₂O₃ scales. The implanted layer is about 75 nm thick; the outer part of 30-nm thickness is -Ti phase and the rest of 45-nm thickness is amorphous. Heating to 900 K in O₂ results in partial crystallization of the amorphous layer to Ti₅Al₃O₂ (Z-phase) and to 1200 K results in oxide scales of 270 to 400 nm thickness consisting mainly of Al₂O₃. The fraction of Al₂O₃ in the scale increases toward the substrate. Oxidation at 1200 K for 3.6 ksec results in Al₂O₃-rich scales of about 400-nm thickness. The oxide grain size is very fine, about 80 nm in size, and becomes smaller toward the outer scale surface. This implies that implantation enhanced the nucleation of Al₂O₃ grains relative to the growth of TiO₂ grains. This finding and the formation of -Ti phase are thought to be responsible for the excellent oxidation resistance obtained.     

Cyclic-oxidation behavior of TiAl and of TiAl alloys

The cyclic-oxidation behavior of (in w/o) Ti-36Al, Ti-35Al-0.1C, Ti-35Al-1.4V-0.1C and Ti-35Al-5Nb-0.1C was studied between 800 and 1000° C in air. A few experiments were also performed in oxygen. Scale spallation after oxidation in air occurs during cooling on TiAl, TiAl-C, and TiAl-V at or close to the metal/scale interface when a critical scale thickness has been achieved. This process repeats and can lead to a stratified scale. These three materials form scales composed of an inward-growing fine-grain mixture of TiO₂-Al₂O₃ and an outward-growing coarse-grain TiO₂ layer or TiO₂+Al₂O₃ mixture. The TiAl-Nb alloy had a significantly different behavior. The scale on this material grew very slowly because a protective Al₂O₃ layer formed at the metal/scale interface. This behavior resulted in much better resistance to spallation because the critical scale thickness was reached only after a much longer time, and is different from the behavior of the other three alloys. Oxidation in air leads to slight nitridation of the subsurface zone beneath the scale. In comparison to oxidation in air, oxidation in oxygen improves the cyclicoxidation behavior. Whereas the scale formed in air was uniformly thick over the entire surface, the scale grown in oxygen varied locally in structure and thickness. A large fraction of the surface was covered with a thin Al₂O₃ layer, while the remaining part formed a two-layer scale similar to that formed in air. The results are discussed briefly in the light of a recently published model for scale spallation under compressive stress, however, quantitative estimations are not possible due to a lack of relevant data.     

NiCrdMoNb合金化层对TiAl金属间化合物抗氧化性能的影响

探讨了利用双层辉光等离子渗金属技术（GDPSAT）溅射NiCrMoNb合金化层对TiAl金属间化合物静止空气中高温氧化抗力的影响，结果表明，不处理的TiAl由于TiO2为主的氧化层的剥落抗氧化性能较差，而TiAl-NiCrMoNb合金层由于形成了致密，晶粒细小的富Al2O3层而使TiAl抗氧化性能大大提高，合金层与基体之间存在互扩散，Ni,Cr，Mo,Nb的界面富集导致界面化学性质的很大改变。     

Effect of Hf addition (0.24 w/o) on the oxidation behavior of TiAl at high temperatures

The isothermal oxidation behavior of TiAl coupons containing 0.24 wt.% Hf has been studied in the temperature range 1100 to 1400 K in a flow of purified oxygen at atmospheric pressure. The addition of Hf is very effective in decreasing the overall oxidation rate at temperatures up to 1300 K, although the oxidation rate was slightly increased during the initial period of about 10 ks, after which a very low oxidation rate was maintained. However, at 1350 K the effect becomes small, and at 1400 K it is inverted. The excellent oxidation resistance obtained is attributable to the formation of two alumina-rich layers in the scale; one is beneath the outer rutile layer and the other at the scale/substrate interface. In addition, no internal oxides were formed in the substrate up to 1300 K.     

阴极微弧电沉积表面处理钛的高温氧化行为

在0.4 mol/l Al(NO3)3乙醇溶液中,采用阴极微弧电沉积方法在纯钛表面制备出80 μm厚的氧化铝涂层.研究了钛及其镀膜样品在973 K的高温氧化行为,并分析了它们恒温氧化后的组织、成分和相组成.结果表明,具有氧化铝涂层的钛在973K的氧化速率降低了4倍,恒温氧化后涂层的形貌和相组成几乎保持不变.涂层/钛界面附近的较薄氧化铝致密层对抑制氧和钛原子的扩散起重要作用.阴极微弧电沉积是提高钛抗氧化性能的有效方法之一.     

CoCrAl微晶涂层对TiAl金属间化合物抗高温氧化性能的影响

研究了TiAl金属间化合物及溅射Co—30Cr—5Al微晶涂层对其在900—1000℃下抗氧化性能的影响结果表明,TiAl的氧化动力学近于直线规律,表面形成以TiO_2为主的层状、疏松氧化膜,且氧化膜与基体合金之间粘附性较差,不具保护性而30μm的Co—30Cr—5Al微晶涂层可使TiAl的抗氧化性能大大提高,涂层表面能够形成粘附性良好的Al_2O_3保护膜但由于在氧化过程中,Co向基体扩散,在涂层与基体之间形成大量Kirkendall空洞,这些空洞对TiAl金属间化合物抗氧化性能的影响有待进一步的研究     

Ti2AlC／TiAl复合材料的高温氧化性能研究

利用放电等离子烧结（SPS）技术，原位制备Ti2AlC／TiAl和Ti2AlC／TiAl（Nb，B）复合材料，并研究其在900℃和1000℃的高温氧化性能。研究发现，掺加Nb，B后复合材料的抗氧化性能明显提高，1000℃氧化30h时氧化层厚度为50μm～60μm，未掺入Nb，B时其厚度约为170μm。在氧化层和复合材料交界处结构疏松出现许多孔洞，Nb原子在高温时向表面层富集使复合材料抗氧化性能提高，富Nb层的存在即可以阻挡氧原子的继续渗入，又可以作为扩散障，减少Kirkendall效应；加入B后，组织明显细化，氧化反应初始阶段氧化物的形核增多。     

Ni-7Cr-4Al纳米复合镀层的氧化和热腐蚀性能(英文)

采用复合电镀技术,通过向普通硫酸镍电镀液中加入纳米Cr和Al颗粒,在Ni基材上制备了一种Ni-7Cr-4Al(质量分数,%)纳米复合涂层,对其在800°C下的空气氧化和750°C下75%Na2SO4+25%Na Cl混合熔盐热腐蚀性能进行研究。作为对比,对相同工艺制备的Ni-11Cr纳米复合镀层和纯Ni镀层的氧化和热腐蚀性能进行分析。Cr和Al纳米颗粒弥散分布在20~60 nm的纳米Ni中,与Ni-11Cr纳米复合镀层和纯Ni镀层相比,Ni-7Cr-4Al纳米复合镀层由于能快速形成氧化铝膜而表现出更优异的抗氧化性能,同时氧化铝膜的快速形成也提高了涂层的热腐蚀性能。     

组织结构对片层TiAl合金氧化行为影响

以Ti-48Al-2Cr-2Nb(at%)合金为研究对象,通过热处理获得近片层和全片层两种显微组织,并在800℃空气条件下,进行了100 h的抗氧化性实验。利用OM、SEM、TEM、XRD和EDS对试样的微观结构、相组成及微区成分进行了分析。恒温氧化动力学结果表明:在800℃空气条件下,对于近片层和全片层两种Ti Al合金组织,其恒温氧化动力学曲线符合近抛物线规律,且近片层组织合金的抗氧化性能优于全片层组织。基于氧化动力学曲线、组织结构、氧化膜结构、氧化表面形貌分析,表明Ti Al合金的片层组织结构对其氧化行为具有不可忽视的影响。     

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。     

微量Y和Hf对高铌TiAl基合金高温抗氧化性的影响

使用元素Hf和Y对Ti-45Al-8Nb合金进行了微合金化,研究了微合金化前后高铌TiAl基合金在900℃静止空气中的断续氧化行为。结果表明,与Ti-45Al-8Nb合金相比,0.5Hf(mol%)微合金化后合金的抗氧化性无明显变化,0.1Y(mol%)微合金化后合金抗氧化性增强,0.5Hf与0.1Y联合微合金化后合金氧化膜与基体粘附性明显增强,但合金氧化增重明显。对氧化膜进行的扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)分析表明,单独添加Y及Hf、Y联合添加促进了合金中形成以Al2O3为主的连续致密的氧化层,Hf、Y联合微合金化的合金中存在局部内氧化现象降低了该合金的抗氧化性。     

W、B、Y微合金化高铌TiAl基合金高温抗氧化性研究

使用元素W、B、Y对Ti-45Al-8Nb合金进行了微合金化,研究了微合金化后高铌TiAl基合金在900℃静止空气中的断续氧化行为。结果表明,与Ti-45Al-8Nb合金相比,经过0.2B与0.1Y联合微合金化后合金的氧化增重小,氧化膜与基体的粘附性强,抗氧化性明显改善;经过0.2W与0.1Y微合金化后合金氧化增重明显,氧化膜容易脱落,合金抗氧化性下降;经过0.2B、0.2W、0.1Y联合微合金化后合金抗氧化性没有明显变化。对氧化膜进行的扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)分析表明,联合添加B、Y促进了合金中的连续致密的Al2O3条带的形成,W、Y联合微合金化的合金中靠近基体处未形成连续的Al2O3条带,并且混合层中形成了较厚的低铌含量的TiO2层。W、B、Y联合微合金促进了混合层中富Al2O3层的形成。     

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。     

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。     

TiAl合金表面等离子喷涂层的形貌和抗氧化性分析

采用等离子喷涂方法在TiAl合金表面喷涂,得到由CoNiCrAlY粘结层和(ZrO2 Y2O3)陶瓷外层组成的双层结构的热障涂层。对涂层进行了高温抗氧化试验,并用SEM和金相法观察和分析了涂层的组织及形貌。结果表明,经喷涂后试样的高温抗氧化能力显著提高。     

机械合金化和微量添加剂对TiAl基合金显微组织及高温抗氧化性能的影响

研究了采用机械合金化方法制备TiAl基合金的工艺及其对显微组织的细化作用，概述了一系列添加剂对TiAl基合金高温抗氧化性能的影响。     

溅射Ni-5Cr-5Al纳米晶涂层抗高温氧化性能

研究了一种低Ｃｒ、低Ａｌ的Ｎｉ－Ｃｒ－Ａｌ系合金Ｎｉ－５Ｃｒ－５Ａｌ（摩尔分数,％）溅射涂层的抗高温氧化性能。结果表明,虽然Ｎｉ－５Ｃｒ－５Ａｌ溅射涂层在１０００℃氧化２０００小时后外面表生成ＮｉＯ,ＮｉＡｌ２Ｏ４、Ａｌ２Ｏ等复杂氧化物,但表现出很高的抗高温氧化性能。进一步分析表明,这一方面与溅射纳米晶涂层上生成的外氧化物粘附性好有关,另一方面与在ＮｉＯ,ＮｉＡｌ２Ｏ４和涂层之间生成一导听α－Ａｋ     

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.     

TiAl合金激光熔覆复合材料涂层的高温抗氧化性能研究

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对γ-TiAl合金（简称TiAl合金）进行激光熔覆处理，制得了以Cr7C3、TiC硬质相为耐磨增强相，以γ-NiCrAl镍基固溶体为基体的复合材料涂层，研究了原始TiAl合金和激光熔覆涂层的高温（1000℃）恒温氧化性能。结果表明：激光熔覆复合材料涂层在1000℃恒温氧化条件下具有较好的抗氧化性能，氧化层结构较连续致密，在组成上主要由Al2O3、Cr2O3和TiO2组成，原始TiAl合金的高温氧化产物表层主要由脆性疏松的TiO2组成，而亚表层则为（TiO2＋α—Al2O3）的混合氧化物，表现出较差的高温抗氧化性能。