本文關(guān)鍵詞：TC21合金表面Al-Cr復(fù)合涂層的高溫氧化和熱腐蝕行為研究

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【摘要】：TC21合金作為新型高損傷容限型鈦合金,具有良好的強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性以及裂紋擴(kuò)展速率,成為新一代航空航天領(lǐng)域潛力材料。但抗氧化元素含量低,使TC21合金的抗高溫氧化及耐高溫?zé)岣g性能不足,限制了它的使用范圍。針對(duì)這一問(wèn)題,采用雙輝技術(shù)和射頻濺射技術(shù)的聯(lián)合工藝在TC21合金表面制備Al-Cr復(fù)合涂層,以提高合金的抗高溫氧化和熱腐蝕性能。利用SEM、EDS、XRD對(duì)Al-Cr復(fù)合涂層的微觀形貌、元素分布及相組成進(jìn)行分析,結(jié)果表明:Al-Cr涂層表面光滑、致密,無(wú)縫隙孔洞;表面相組成主要為純Al相。涂層截面總厚度約為48μm,與基體成冶金結(jié)合,結(jié)合力達(dá)到58.4N。Al-Cr涂層表面納米硬度為3.53GPa,彈性模量為142Gpa,合金層顯微硬度為993.4 HV0.05。分別在不同溫度(650、750、850、950/100h)和不同時(shí)間(850/10h、20h、50h)下對(duì)Al-Cr復(fù)合涂層進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn),結(jié)果表明:Al-Cr復(fù)合涂層的氧化增重明顯小于基體。TC21合金在溫度高于650時(shí),抗氧化性能快速下降;Al-Cr涂層在650-850時(shí),表面形成了完整致密的Al_2O_3膜,在950時(shí)僅發(fā)生少量剝落,但Al含量高,能生成新的Al_2O_3膜,對(duì)基體仍有良好的保護(hù)作用。Al-Cr涂層的氧化是一個(gè)既有氧化膜形成與破裂、剝落,又有元素間相互擴(kuò)散的過(guò)程。Cr擴(kuò)散至剝落區(qū)氧化生成Cr2O3,促進(jìn)了Al的選擇性氧化并增強(qiáng)涂層的自修復(fù)能力,顯著提高了TC21合金的抗高溫氧化性能。分別在不同溫度(750、800、850/100h)和不同時(shí)間(800/2h、5h、10h、20h、50h)下對(duì)Al-Cr復(fù)合涂層進(jìn)行熱腐蝕試驗(yàn),結(jié)果表明:Al-Cr復(fù)合涂層的腐蝕增重小于基體。在75%Na2SO4+25%NaCl混合鹽中Al-Cr涂層表面生成了致密的Al_2O_3膜;當(dāng)Al_2O_3膜發(fā)生堿性熔融時(shí),在溶解區(qū)重新生成Cr2O3,使涂層具備自修復(fù)功能,提高了TC21合金的抗熱腐蝕性。Al-Cr涂層在混合鹽中腐蝕前端按硫化-氧化機(jī)制前行,氧化物層分布在外部,硫化物層分布在涂層前沿;隨溫度升高,氧化層厚度增加,而硫化物層厚度減小;涂層在750℃的低溫?zé)岣g期間,表面生成的Al_2O_3先發(fā)生堿性熔融,后發(fā)生酸性熔融,表明熱腐蝕的擴(kuò)散模式間是先后關(guān)聯(lián)的。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1189970