由于鈦合金具有密度小、比強度高、生物相容性等優(yōu)點,在航天航空、汽車、生物醫(yī)療等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用,但是當(dāng)鈦合金的工作溫度超出650℃時,鈦合金表面會發(fā)生嚴(yán)重的氧化,鈦合金的抗蠕變能力和高溫抗氧化性都會急劇下降,導(dǎo)致零件失效,失去其使用價值。對鈦合金表面改性,使其表面具有良好的高溫抗氧化性能是解決這一問題的關(guān)鍵。本文針對TC4鈦合金高溫抗氧化性不足的缺點,結(jié)合高熵合金形成的理論判據(jù),開發(fā)設(shè)計出AlMoNbV、AlMoNbTiV、AlCrMoNbV高熵合金,并且利用激光熔覆的方法,在TC4基體表面制備AlMoNbV、AlMoNbTiV、AlCrMoNbV高熵合金涂層,通過對涂層表面宏觀形貌的觀察,確定最佳熔覆工藝參數(shù)。然后對涂層的相組成以及微觀組織,顯微硬度進(jìn)行測試,最后將熔覆三種涂層的試樣和TC4基體放入管式爐中進(jìn)行高溫氧化實驗,通過對氧化層表面、氧化層截面進(jìn)行組織和成分分析,進(jìn)一步分析涂層抗氧化機理。激光熔覆實驗結(jié)果表明:在TC4基體制備高熵合金涂層的最佳工藝參數(shù)為:激光功率P=3.7 kW,掃描速度V=600 mm?min^-1。AlMoNbV、AlMoNbTiV和... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光熔覆原理圖

第一章緒論91.4.1高熵合金的特點根據(jù)目前的研究，總結(jié)出高熵合金的四大特點為：（1）高熵效應(yīng)，（2）遲滯擴散效應(yīng)，（3）晶格畸變效應(yīng)，（4）雞尾酒效應(yīng)。這四個特點的討論如下。1）高熵效應(yīng)一般傳統(tǒng)金屬合金的混合熵在1R附近，高熵合金的混合熵一般大于1.61R，其混合熵要明顯高于傳統(tǒng)合金。這種高熵效應(yīng)使得系統(tǒng)傾向形成穩(wěn)定的高熵相，例如固溶體相，根據(jù)吉布斯相形成規(guī)律，在平衡條件下，合金的相數(shù)為：=+1(1-4)式中，為相的數(shù)量，為組元數(shù)目，為系統(tǒng)熱力學(xué)自由度。在壓力一定的前提下，當(dāng)系統(tǒng)的組元數(shù)目為6時，平衡狀態(tài)下的相數(shù)為7，然而高熵合金形成的相數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吉布斯相率所計算的最大數(shù)目。如圖所示1.2所示，當(dāng)主元數(shù)為6時，形成的相結(jié)構(gòu)一般為2種，當(dāng)主元數(shù)為8時，形成的相結(jié)構(gòu)一般為3種[66]。這是由于形成固溶體的混合熵大于形成金屬間化合物的熵值，這種高熵效應(yīng)促進(jìn)形成結(jié)構(gòu)簡單的固溶體，避免了金屬間化合物的生成。圖1.2不同主元數(shù)的合金所形成的相數(shù)目匯總[66]Fig.1.2SummrayofthenumberofphasesformedbyalloyswithdifferentpivotNumbers[66]2）遲滯擴散效應(yīng)合金在凝固過程中，組元擴散的速度不同，合金凝固后組織和相結(jié)構(gòu)也會發(fā)生改變。合金在熔融狀態(tài)下，合金中原子排列處于混亂狀態(tài)，在凝固時各元素需要協(xié)同配合擴散才能完成分相。高熵合金中元素的種類多，各元素的原子尺寸和化學(xué)活度不同，任何元素的擴散都將受到其他元素相互牽制[67]。已有研究證明相對于純金屬或者不銹鋼中元素的擴散系數(shù)，高熵合金的元素擴散系數(shù)最小[68]，如

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖1.3所示，高熵合金中每種元素的擴散速率明顯小于其他合金的擴散速率。3）晶格畸變效應(yīng)與單一組元的晶格點陣不同，高熵合金中元素種類較多，并且以等摩爾存在，各元素占據(jù)晶格結(jié)點具有隨機性，由于每種元素的原子半徑大小不同，所以會造成嚴(yán)重的晶格畸變。如果原子尺寸相差足夠大，畸變的晶格將會坍塌而形成非晶相。如圖1.4（a）所示，純金屬鉻的晶格點陣由鉻元素占據(jù)，圖1.4（b）采用鈦、鋁、鎳、鐵等元素隨機替換鉻元素晶格點陣的位置，可以看出晶格點陣已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的晶格畸變[69]。這種晶格的畸變會使材料的一些性能顯著提高，例如晶格畸變會導(dǎo)致高的固溶強化效應(yīng)，使得位錯運動困難，提高材料的硬度和強度[70]。圖1.3Cr、Mn、Fe、Co、Ni在不同合金中的擴散系數(shù)與溫度的關(guān)系[68]Fig.1.3RelationbetweendiffusioncoefficientsofCr,Mn,Fe,CoandNiindifferentalloysandtemperature[68]圖1.4（a）純金屬鉻的晶格點陣；（b）嚴(yán)重晶格畸變的鉻晶體結(jié)構(gòu)[69]Fig.1.4(a)Crcrystalstructure;(b)Severelatticedistortionofchromiumcrystalstructure[69]4）雞尾酒效應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
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