TiAl金属间化合物高温抗氧化研究进展

TiAl金属间化合物以其密度低、熔点高及高温强度较高而成为重要的结构材料,井应用于诸如汽车、飞机发动机部件。然而,其高温下抗氧化性能不足是亟待解决的关键问题之一。从TiAl高温氧化机理、添加合金元素作用以及表面技术的应用三个方面,论述了TiAl高温抗氧化研究进展。讨论了等离子渗Nb大幅度改善TiAl高温抗氧化性能的作用机制。

W,B,Y合金元素对高铌TiAl基合金高温长期抗氧化性能的影响

在高铌TiAl基金属间化合物的基础上添加W,B,Y合金元素,熔炼了5种合金,研究了这5种合金在900℃静止空气中的断续氧化行为。1000h氧化后的结果表明:含0.1%(原子分数,下同)的Y使合金的抗氧化性有所提高,促进合金形成了以Al2O3为主的连续致密氧化层;在高铌含Y合金中添加W,B2种合金元素则导致基体发生了严重的内氧化,使合金的抗氧化性能降低。

NiCrMoNb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(DGPSAT)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。

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1 000℃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。

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 10 0 0℃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- 4 2 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Nb2 O5,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 .

TiAl金属间化合物表面技术进展

TiAl合金具有低密度、高比强度、高比刚度、高弹性模量、耐腐蚀和高温抗蠕变性好等优点 ,成为航空航天、工业燃气轮机以及汽车工业中最具潜力的高温结构材料 .作为最接近实用化阶段的一类金属间化合物 ,须解决其抗高温氧化和耐磨性差的问题 .

TiAl合金表面涂层技术研究现状

TiAl合金由于其密度低,比强度和比刚度高,是航空航天工业理想的新型高温结构材料。室温塑性差的问题已通过添加合金元素和显微组织调控等手段基本得到解决,进一步提高其高温抗氧化和耐磨性能已成为需要重点研究的问题。表面涂层技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径,为此,综述了国内外TiAl合金表面涂层技术的研究现状,重点介绍了激光技术和热喷涂技术及其应用,并展望了TiAl合金表面涂层技术的发展趋势。

TiAl合金表面抗高温氧化涂层研究

研究了TiAl合金表面双层辉光离子渗Cr层、等离子喷涂以及激光重熔.MCrAlY涂层在850℃的循环氧化行为。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、辉光放电光谱分析仪(GDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层氧化前后的表面形貌、微观组织和相组成。结果表明,渗Cr层组织均匀、致密,且与TiAl合金基体为梯度冶金结合;经过激光重熔处理后,等离子喷涂MCrAlY层的片层状组织得以消失,致密性提高;几种涂层均不同程度地提高了TiAl合金的抗高温氧化性能,其中渗Cr层在氧化初期表现出较好的抗氧化性能,但在长期循环氧化过程中存在局部氧化层剥落现象,等离子喷涂MCrAlY层能显著提高TiAl合金的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化性能。

Cr对TiAl金属间化合物高温氧化性能的影响

研究了Ti-50Al，Ti-45Al-10Cr和Ti-50Al-10Cr（原子分数,％）合金在800－1100℃下的高温氧化性能.结果表明，Ti－45Al－10Cr合金在800和900℃形成的氧化膜具有与TiAl合金同样的分层结构，外层为Ti02，内层为Ti02和al2O3的混合氧化物，在内外氧化层中间有一富Al2O3的中间层，但内氧化层中有大量Cr掺杂、其氧化增重比Ti-50al的大.而1000和1100℃氧化时，Ti-45Al-10Cr合金能形成连续富Al2O3层，表现较好的抗氧化性能.Ti-50Al-10Cr合金在800－1100℃均能形成保护性的Al2O3膜，同样表现较好的抗氧化性能因此，Cr对TiAl金属间化合物的抗氧化性能具有两种不同的作用.当Cr的加入不足以形成Al2O3膜时，Cr以掺杂作用为主，使TiAl的抗氧化性能降低；但当Cr的加入可以促使形成保护性的Al2O3膜时，大大提高了Tial的抗氧化性能.

微晶化对TiAl抗高温氧化性能的影响

研究了微晶化对TiAl金属间化合物在800～900℃抗恒温及循环氧化性能的影响铸态和微晶TiAl在800～900℃下均形成TiO2和Al2O3的复合氧化物膜，恒温氧化动力学均近似服从抛物线规律，微晶化对TiAl的恒温氧化性能无明显影响。

γ-TiAl合金表面双层辉光等离子铬钨共渗层的高温氧化行为

采用双层辉光等离子表面技术在γ-TiAl合金表面制备铬钨共渗层,用SEM、EDS和XRD分析等方法结合高温氧化试验,研究了该共渗层在高温下的氧化(共100h)行为。结果表明:γ-TiAl合金经双层辉光等离子铬钨共渗后,共渗层表面形貌完好,组织均匀,与基体连接紧密,结合处无孔洞及裂纹等缺陷存在;铬钨共渗层在高温下可形成保护性氧化膜,有效降低了氧化速率,与γ-TiAl合金基体相比,氧化增重降低,抗氧化能力明显提高;随氧化温度升高,铬钨共渗层的氧化增重明显增大,但氧化机制不变;在氧化过程中,除了铬、钨发生内扩散外,基体中的钛、铝元素均发生了显著的外扩散。

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。

等离子渗Mo提高TiAl基合金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,归因于TiAl基合金经等离子渗Mo处理后在表面形成成分含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基合金高温抗氧化性能的研究进展

TiAl基合金具有密度低、熔点高、抗蠕变性能优良、比强度和比刚度高等优点,很有希望作为新型高温结构材料而得到广泛应用。然而由于其高温抗氧化性能较低,应用受到一定限制。从合金化技术、表面改性技术和粉末冶金技术3方面讨论了改善TiAl基合金高温抗氧化性能的有效措施。

TiAl合金表面高温抗氧化性工艺技术研究现状

TiAl合金由于其密度低,比强度和比刚度高,是航空、航天工业理想的新型高温结构材料。但温度超过800℃,其高温抗氧化性不足已严重影响其实际广泛应用,如何提高TiAl合金的高温抗氧化性已成为普遍关注的问题。本文综述了当今国内、外TiAl合金高温抗氧化性工艺技术的研究现状,重点介绍了表面合金化工艺技术和表面防护涂层工艺技术及其发展趋势。

TiAl金属间化合物的强韧化及高温抗氧化分析

介绍了TiAl金属间化合物的室温脆性及高温氧化性,从复相组织化和复合材料化两方面分析了TiAl金属间化合物的强韧化,同时从元素合金化和表面改性两方面分析了其高温氧化性能的改善,进而对未来的研究提出了一些建议。

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。

Al_2O_3/TiAl复合材料的高温氧化行为

用氧化增重法研究了57.46Ti-36.78Al-5.76TiO2(质量分数,%)体系添加Nb2O5后的合成产物在850℃空气中的断续氧化行为,并借助XRD分析剥落的氧化皮的相组成。结果表明,氧化样品的初始氧化动力学符合线性规律,断续氧化动力学遵从抛物线规律。氧化皮由TiO2、Al2O3及Nb2O5相组成。适量Nb2O5的加入,高温氧化形成的Nb2O5和Al2O3的复合氧化物层阻碍了Ti元素的扩散。同时α2相的存在增加了Al2O3的稳定性,降低了氧化速率。过量Nb2O5的加入,使NbAl3相高温氧化形成富Nb2O5相,造成氧化膜结构疏松,氧化膜脱落。

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。

等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。