本文選題：γ-TiAl合金 + 射頻磁控濺射技術(shù)��； 參考：《南京航空航天大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：γ-TiAl合金具有高的比強(qiáng)度、比模量、抗蠕變性及優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、剛度等性能,有望替代鎳基或鐵基高溫合金成為當(dāng)代航空航天工業(yè)、兵器工業(yè)以及民用工業(yè)等領(lǐng)域的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但其在800℃以上抗高溫氧化性能不足以及在熔鹽環(huán)境下熱腐蝕性能的不足,限制了合金的使用范圍。針對(duì)這一問題,采用射頻磁控濺射技術(shù)和真空擴(kuò)散的復(fù)合工藝在γ-TiAl合金表面制備Al-Y梯度涂層,以提高合金的抗高溫氧化和熱腐蝕性能。射頻磁控濺射制備Al-Y沉積層的最佳工藝參數(shù)為:濺射功率200W,工件氣壓4Pa,時(shí)間4h,靶與工件距離25mm。在此基礎(chǔ)上再經(jīng)過600℃/10h真空擴(kuò)散工藝制備Al-Y梯度涂層。利用SEM、EDS、XRD對(duì)Al-Y梯度涂層的微觀形貌、元素分布及相組成進(jìn)行分析,結(jié)果表明:表面均勻致密,無孔洞、裂紋;主要有Al、YAl3、Al2O3和Y2O3相組成;涂層由外層沉積層和富Al相的擴(kuò)散層構(gòu)成,厚度約為60μm,與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合力達(dá)到41.8N。在不同溫度下(750℃、850℃、950℃)對(duì)Al-Y梯度涂層進(jìn)行100h的高溫氧化實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:Al-Y梯度涂層在750℃、850℃時(shí)形成了表面致密氧化層、中間氧化層、富鋁相的梯度擴(kuò)散層的三層結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)不僅能夠?yàn)楸砻嫘纬杀Ｗo(hù)性的Al2O3膜提供Al源,還能增強(qiáng)涂層與基體的結(jié)合力;Y元素的存在也能減緩氧化速率和提高氧化層的粘附性,從而使得Al-Y梯度涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫氧化性能。950℃時(shí)表面以Al2O3為主的氧化層已經(jīng)退化,得益于梯度擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)以及活性元素Y的存在,使得整個(gè)氧化層與基體沒有發(fā)生大面積的剝落并且在涂層與基體界面處形成致密的Al2O3層,Al-Y梯度涂層依舊表現(xiàn)出良好的抗高溫氧化性能。分別在不同溫度下(750℃、850℃、950℃/100h)和不同時(shí)間(850℃/5h、10h、20h、50h)的Na_2SO_4鹽中對(duì)Al-Y梯度涂層進(jìn)行熱腐蝕實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:遭受低溫?zé)岣g時(shí),對(duì)γ-TiAl合金而言Na_2SO_4鹽的存在加速合金的氧化,Al-Y梯度涂層表面致密的保護(hù)性氧化層,能夠有效的阻擋O、S原子向基體內(nèi)部擴(kuò)散,長(zhǎng)時(shí)間為提供γ-TiAl合金保護(hù);遭受高溫?zé)岣g時(shí),γ-TiAl合金發(fā)生了硫化—氧化,并伴隨著堿性性熔融,導(dǎo)致基體合金出現(xiàn)災(zāi)難性的腐蝕失效,Al-Y梯度涂層表面Al2O3層發(fā)生堿性溶解,但是由于Y不僅能夠優(yōu)先與S反應(yīng),減少Al元素在腐蝕初期因硫化而產(chǎn)生的消耗,還能夠“捕獲”擴(kuò)散至合金基體內(nèi)的S,以及Al-Y梯度涂層中的梯度結(jié)構(gòu)的存在都有效的減緩了熱腐蝕發(fā)生,表現(xiàn)出良好的抗熱腐蝕性能。
[Abstract]:緯 -TiAl alloy has high specific strength, specific modulus, creep resistance, excellent high temperature strength, stiffness and other properties, which is expected to replace nickel-based or iron-based superalloys as the contemporary aerospace industry.One of the high-temperature structural materials in the field of weapon industry and civil industry.However, the low oxidation resistance at 800 鈩，

本文編號(hào)：1760144