γ-TiAl合金由于具有低密度、高比強度、高溫強度、抗蠕變性等特點,被認為是最具應(yīng)用價值和潛力的新型材料,人們希望它可以替代鎳基高溫合金來減輕航空發(fā)動機的重量。但γ-TiAl合金在750℃以上抗高溫氧化能力不足的缺點限制了其應(yīng)用。針對此問題,本課題采用雙層輝光等離子合金化技術(shù)在γ-TiAl合金表面制備Ta-W合金層,通過在800℃和900℃下進行恒溫氧化試驗對比分析γ-TiA基體與Ta-W合金層的氧化機制,并通過第一性原理研究氧吸附情況來進一步探索氧化機理。通過正交試驗探索最佳合金化工藝參數(shù),得到表面平整、結(jié)構(gòu)致密,晶粒細小,無明顯缺陷,且與基體結(jié)合良好的Ta-W合金層。改性層總厚度約為25μm,其中沉積層約為15μm,擴散層約為10μm,與基體結(jié)合力為71N。XRD物相分析表明,合金層表面形成單一的體心立方結(jié)構(gòu),W元素固溶在Ta中,起到了固溶強化的作用。γ-TiAl基體和Ta-W合金層的顯微硬度平均值分別為348.3HV_0.1和1021.3HV_0.1,合金層顯微硬度約為基體的2.93倍。納米壓痕測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ta-W合金層具有較高的納米硬度和... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Ti-Al相圖

O 與 Ti 在高溫環(huán)境下優(yōu)先生成 TiO，進一步氧化后生成更為穩(wěn)定的 TiO2。在氧化初期，Ti 的氧化物和 Al 的氧化物一般是同時生成的，然而由于 Al 元素在 TiO2中有較大的固溶度，使得 Al 可以從基體擴散到 TiO2中。此外，大量 TiO2氧化膜的形成導致氧化膜與基體之間出現(xiàn)貧 Ti 過渡區(qū)。貧 Ti 區(qū)邊緣由于含 Ti 量較低，出現(xiàn)大量克肯達耳空隙。由 Ti-O相圖可知，基體 -Ti 相中 O 的固溶度為 14.5%~15.5%。隨著氧化的進行，O 元素不斷通過氧化膜向基體內(nèi)擴散并固溶�？偠灾�，金屬氧化的本質(zhì)是介質(zhì)與合金界面物質(zhì)傳輸?shù)倪^程，其中包含 Al 向基體表面的擴散、Al 原子替換掉 TiO2中的 Ti 原子、Ti 的向外擴散以及氧原子向基體內(nèi)部的擴散現(xiàn)象[28, 33-34]。1.2.2 TiAl 基合金氧化膜結(jié)構(gòu)實際上，氧化膜結(jié)構(gòu)與合金的抗氧化性有著密不可分的關(guān)系，為了進一步探究高溫環(huán)境中 TiAl 基合金氧化過程，研究人員對該合金氧化膜結(jié)構(gòu)組成做出了大量的研究。統(tǒng)一觀點認為，鈦合金中的 Al 的成分比增加會降低氧化膜的厚度，改善抗氧化能力，并改變氧化區(qū)成分、結(jié)構(gòu)的組成。但由于 TiO2具有高活度，難以形成連續(xù)致密的 Al2O3保護膜。在相同條件下氧化時，不同 Al 含量的鈦合金的氧化膜成分及結(jié)構(gòu)有一定的差異，如圖 1.2 所示。

γ-TiAl 合金表面等離子 Ta-W 合金化及其抗高溫氧化性能研究基體金屬形成固溶體或金屬間化合物，由金屬固溶度理論可知，影響固溶體溶解度的主要因素有晶體結(jié)構(gòu)，原子尺寸，化學親和力及原子價因素[76]。W 元素是 VIB 族元素，Ta 元素是 VB 族元素，兩者在元素周期表中位于相鄰的位置，而且都屬于體心立方晶體結(jié)構(gòu)。W 是稀有金屬，其高熔點、高硬度、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點使得其成為材料領(lǐng)域很重要合金化元素。在 γ-TiAl 合金中，W 元素同樣具有很高的合金化能力，同時還能使基體的組織穩(wěn)定性保持在良好范圍內(nèi)，可以與基體中的 Ti、Al 固溶形成強化相如圖 1.3 所示，能夠很有效的強化合金性能，使得高溫強度有很大的提升。Ta 具有高硬度、高韌性、高熔點的特質(zhì)，其熔點高達 2996℃，同時還具有非常小的熱膨脹系數(shù)[77]。Ta 在 γ-TiAl 基體中可以與 Al 形成 AlTa 相穩(wěn)定相，與 Ti 固溶形成強化相，在不降低塑性的同時，能夠提高基體的硬度與耐熱性，同時還具有良好的耐蝕性，是理想的表面涂層材料。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]多元合金化對鈦鋁合金高溫抗氧化性能的研究[D]. 李丹.沈陽師范大學 2011
[2]鉭鎢合金箔材組織結(jié)構(gòu)及性能的研究[D]. 金鵬.中南大學 2009



本文編號：3509822