γ-TiAl基合金的高温氧化行为研究

研究了γ-TiAl基合金Ti-44Al-4Ta-1W-0.1C在815~925℃内的氧化行为。合金氧化增重试验、XRD和SEM分析结果表明,Ti-44Al-4Ta-1W-0.1C合金在815~925℃内氧化0~200h,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在2~3.8,氧化激活能为213kJ/mol,氧化符合抛物线规律。试样表面形成的氧化层随氧化温度的升高及时间的延长,其厚度不断增加,与氧化动力学规律相一致。该合金经长时间氧化后,该氧化产物由Al2O3、AlTaO4和TiO2组成。     

γ-TiAl基合金用Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层抗高温氧化性能研究

目的 通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法 采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900 ℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果 900 ℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与后期氧化速率常数28.113× 10⁻² mg/(cm².h^1/2)基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10⁻² mg/(cm².h^1/2)相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al2O3、SiC、SiO2;AlPO4以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO4演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO2弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2 μm区域内形成连续致密Al2O3膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论 Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al2O3膜,明显改善了900 ℃ γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。     

新型γ-TiAl基合金的高温氧化行为研究

研究了新型γ-TiAl基TiAl-3Ta-X(Cr,W)高温合金在800～900℃范围内的氧化行为。氧化增重实验及XRD,SEM分析结果表明,TiAl-3Ta-X(Cr,W)合金在800～900℃范围内氧化0～200 h条件下,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在0.976～3.849之间,氧化激活能为203 kJ/mol,氧化符合线性-抛物线混合规律。试样表面形成氧化层,随着氧化温度的升高和时间的延长,氧化层厚度增加。经长时间氧化后,氧化产物由TiO2,Al2O3和AlTaO4组成,Ta的中间化合物中Ta-O键的存在能有效防止合金进一步氧化。     

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。     

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。     

NH4F溶液化学处理对γ-TiAl抗高温氧化性能的影响

采用NH4F溶液对γ-TiAl合金进行表面氟化处理,以提高TiAl合金的抗高温氧化性能.分别研究经过氟化处理和未处理试样在850和900℃时的高温氧化行为及NH4F溶液浓度对合金氧化层组织结构的影响.结果表明,经过NH4F溶液处理TiAl合金高温氧化层的组织比未处理合金更加致密,高温氧化抗力高于未处理合金的.850℃氧化时,TiAl合金氧化抗力随NH4F溶液浓度的增高而增加;900℃氧化时,TiAl合金氧化后的质量增量不随NH4F溶液浓度增加而改变.     

Nb和Al对γ-TiAl基合金高温强度的影响

研究了Nb对γ TiAl基合金性能的影响 ,结果表明 ,高Nb合金化能大大提高γ TiAl基合金的高温强度 ,合金含Nb量越高 ,强度就越高。TEM观察表明 ,Nb对γ TiAl性能的影响类似于氧元素 ,增强d—d键的方向性 ,增加普通位错的P N力 ,提高普通位错开动的临界分切应力和滑移阻力。Al对γ TiAl合金性能的影响是通过影响合金中的α2 相含量来影响其性能的。随合金中Al含量升高 ,α2 相含量减少 ,位错运动非热激活阻力降低 ,合金的强度下降。     

铬对镍基合金抗高温氧化性能的影响

借助扫描电镜、电子探针和X射线衍射仪研究了铬对镍基合金抗高温氧化性能的影响．结果表明，随着合金γ─相中铬浓度的增加，合金氧化增量降低，氧化膜结晶细化，提高了合金抗高温氧化性．     

W,Cr对高铌γ-TiAl基合金高温抗氧化性能的影响

在高铌等原子比的γ-TiAl基金属间化合物的基础上添加W,Cr等元素,熔炼了4种合金,研究了这4种合金在1000℃静止空气中的断续氧化行为.结果表明:14.3%的高Nb量使合金的抗氧化性显著提高,促进合金形成了以Al2O3为主的连续致密氧化膜;在高铌合金中添加W导致基体中β相的增多,较多的β相削弱了Nb的抗氧化性作用;添加2%的Cr导致氧化膜与基体的粘附性变差,形成的氧化膜在冷却热应力的作用下发生破裂与剥落.合金元素对抗氧化性的影响不是简单的量的叠加.     

Al涂层对γ-TiAl合金高温抗氧化能力的影响

研究了多弧离子镀铝对γ-TiAl合金850℃、950℃恒温氧化性能的影响,同时分析讨论了镀铝层的氧化机制.结果表明:多弧离子镀铝后,形成的纯铝涂层均匀致密,无裂纹、孔洞,与基体结合良好.静态空气中,850℃氧化100 h后,形成了连续致密的Al2O3膜层及扩散层TiAl3相;950℃氧化100 h后,表面氧化膜由Al2O3及少量的TiO2组成,膜层中TiAl2为主要成膜相.多弧离子镀铝有效地提高了γ-TiAl合金高温抗氧化性能.     

镍基合金激光熔覆γ-TiAl基合金涂层组织研究

研究了镍基合金激光熔覆γ-Tial基合金涂层的组织特征，以及后续热处理对涂层组织转变的影响。结果表明，通过激光熔覆技术，在镍基合金表层获得了与γ-Tial基合金激光表层熔凝区相近的枝晶组织。这种组织经过后续退火热处理可形成细小的等轴晶组织，为实现镍基合金/γ-Tial基合金的超塑扩散连接提供了良好的组织基础。     

γ-TiAl合金高温抗氧化涂层研究进展

TiAl基合金具有密度低、弹性模量大、比强度高等特点,是航空发动机用镍基高温合金最有竞争力的替代材料之一。本文从扩散渗、激光熔覆、双辉等离子渗金属、大气等离子喷涂、物理气相沉积等制备技术出发,概述了TiAl基合金高温抗氧化涂层的研究进展,并根据航空发动机性能持续提高对材料的高要求,提出了实现TiAl合金在先进发动机上应用的研究方向。     

水蒸气对NiCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

采用热重分析及现代表面分析方法研究了低压等离子喷涂Ni CrAlY涂层在纯氧以及含5%水蒸气的O2中的高温氧化行为,结果表明：在纯氧的氧化环境中 ,NiCrAlY涂层氧化动力学遵循抛物线规律,在含有5％的水蒸气的O2中,NiCrAlY涂层在氧 化至110 h后氧化动力学几乎呈直线规律.XRD及SEM分析显示,NiCrAlY涂层在O2中氧化180 h后,表面形成一层致密的Al2O3;而在含5%水蒸气的O2中氧化180 h后表面氧化层中 除了有Al2O3外,还有NiO和Cr2O3.其原因在于水蒸气中的氢在氧化物中的溶解,致 使Ni2+扩散 速度增加,使氧化层变得疏松,降低其抗氧化性.     

γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为

采用磁控溅射和电弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备NiCrAlY/Al复合涂层,研究了复合涂层对提高γ-TiAl合金抗高温氧化性能的作用机理。经950℃恒温氧化100 h后,涂层表面未发现裂纹和脱落,涂层试样氧化增重值较基体大幅减小。对氧化层进行了SEM、EDS和XRD分析,结果表明无保护涂层的基体γ-TiAl合金表层疏松多孔,无法抵抗高温环境下氧气对基体合金的侵蚀。复合涂层表面的NiCrAlY镀层在氧化过程中形成了Cr2O3,α-Al2O3和β-NiAl相组成的致密防护涂层,阻隔了氧气与基体的接触,中间的Al层为表层持续生成Al2O3提供了Al源。NiCrAlY/Al复合涂层显著提高了基体在950℃下的抗高温氧化性能。     

多弧离子镀NiCrAlY涂层对γ-TiAl氧化行为的影响

文中采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备了NiCrAlY涂层,用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金高温氧化行为的影响。结果表明NiCrAlY涂层在高温下可形成保护性氧化铝膜,显著提高了γ-TiAl的高温氧化抗力。在氧化过程中,NiCrAlY/TiAl涂层体系发生了严重的Ni的内扩散,形成了层状结构的互扩散带。     

γ-TiAl基合金在不同温度下的氧化行为

采用热重法研究γ-TiAl基合金在700℃、800℃、900℃和1000℃的静态空气中的等温氧化动力学。使用金相光学显微镜和扫描电镜分析了氧化层的形貌和组织结构。采用X射线衍射仪测定了氧化层的相结构。研究结果表明,在700℃恒温氧化时,γ-TiAl基合金未发生氧化,而在800~1000℃氧化产物为TiO2与Al2O3,且存在分层现象。随着氧化温度的升高及氧化时间的延长,γ-TiAl基合金的氧化皮出现剥落现象,氧化增重逐渐明显。     

γ-TiAl基合金机械性能的研究进展

对国内外基于力学模型的γ-TiAl合金的弹性和塑性性能与其微结构的关系的研究进展进行了详细的论述。同时,概述了作者运用细观力学的方法对TiAl合金的弹性和塑性性能的主要研究工作,指出了γ-TiAl合金的研究和发展方向。     

挤压温度对γ-TiAl基合金组织与性能均匀性的影响

研究了挤压温度对TiAl合金变形组织与性能均匀性的影响。结果表明,TiAl合金挤压件芯部与边缘组织差异明显,芯部为粗大的近片层组织,边缘为细小的等轴近γ组织,这与变形温度和变形量分布不均匀有关。随着挤压温度升高,芯部残余片层晶粒减少,而再结晶片层晶粒增多。变形组织中等轴γ晶粒体积分数越多,片层晶粒尺寸越小,最终热处理态合金晶粒尺寸越小,室温伸长率越高。1280℃挤压棒材热处理组织较均匀,芯部与边缘室温伸长率差别较小。     

NiCrAlY涂层对单晶镍基合金高温氧化行为的影响

通过对有无NiCrAlY涂层镍基单晶合金进行不同温度的恒温氧化动力学曲线测定及组织结构观察,研究了纳米晶NiCrAlY涂层对高Cr单晶镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明：在高温氧化期间,无涂层试样发生明显的氧化、内氧化和内氮化,在表层为Al2O3、Cr2O3的混合氧化物,在次表层氧化物中富含元素Ta,而元素Al贫化,并在近基体区域存在内氧化物;随氧化温度升高,元素Al的贫化区尺寸增大,其中,富Ta相可抑制基体中元素Al向外扩散,延缓合金的氧化速率。合金在氧化初期增重迅速,而恒温氧化增重动力学曲线呈现起伏波动的原因,归结于表面氧化膜的形成与剥落。高Cr单晶合金经溅射NiCrAlY纳米晶涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;有涂层试样在不同温度的恒温氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,其形成的Al2O3氧化膜不发生明显的剥落,仅在基体近涂层/基体界面区域存在少量AlN内氮化物。