本文關鍵詞：γ-TiAl雙輝等離子Zr-Y共滲工藝及改性層性能研究

  更多相關文章： 雙層輝光等離子滲金屬技術 Zr-Y改性層 氧化釔穩(wěn)定氧化鋯 抗高溫氧化性能 摩擦磨損性能

【摘要】：與傳統(tǒng)高溫合金相比,γ-TiAl具有密度低,比強度、比模量相對較高的優(yōu)勢,被公認為最有發(fā)展前景的高溫結(jié)構材料之一。但是γ-TiAl在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,這些缺陷限制了其應用。本課題提出采用雙層輝光等離子滲金屬技術,在γ-TiAl表面制備Zr-Y改性層,在高溫下涂層被氧化時表面形成氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的熱障涂層,顯著提高其抗高溫氧化性能。經(jīng)過正交實驗獲得最佳工藝參數(shù),所獲得的Zr-Y改性層的厚度約23μm,其中沉積層為18μm,擴散層為5μm。改性層表面主要由單質(zhì)Zr和單質(zhì)Y兩種相組成。經(jīng)過雙輝表面Zr-Y共滲之后,改性層的硬度比基體的硬度有了顯著提高,改性層的顯微硬度為857.2HV0.1,納米硬度達到DHT115=828.01,相比于基體有了明顯的提升。改性層的彈性模量為137.4GPa,形變能力較強,在溫度升高之后能抵抗熱應力和內(nèi)應力。γ-TiAl基體與Zr-Y改性層的高溫抗氧化性能測試實驗分別在750℃、800℃和850℃下進行。Zr-Y共滲試樣表面氧化物為ZrO2和彌散分布的Y2O3,稀土元素Y能夠細化晶粒,使得氧化膜結(jié)構致密,與基體結(jié)合良好,抗高溫氧化性能最好。在850℃下,Y2O3穩(wěn)定ZrO2熱障涂層給基體良好的抗氧化效果,有效改善基體的抗高溫氧化性能�；w與改性層的耐磨性能在不同載荷、轉(zhuǎn)速、溫度下進行。往復摩擦實驗和球盤磨損實驗表明;γ-TiAl合金表面等離子Zr-Y共滲后,無論室溫還是高溫條件下耐磨性能得到明顯的提高。在不同實驗參數(shù)下,改性層的摩擦系數(shù)比基體更穩(wěn)定,波動范圍小,且磨損體積均小于γ-TiAl合金基體。
【關鍵詞】：雙層輝光等離子滲金屬技術 Zr-Y改性層 氧化釔穩(wěn)定氧化鋯 抗高溫氧化性能 摩擦磨損性能
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 鈦合金和Ti-Al系金屬間化合物材料及應用13-18
• 1.1.1 鈦和鈦合金13-14
• 1.1.2 鈦鋁金屬間化合物14-15
• 1.1.3 鈦鋁金屬間化合物的應用及存在問題15-18
• 1.2 Ti Al合金高溫氧化性能研究進展18
• 1.3 Ti Al合金耐磨性能研究進展18-19
• 1.4 Ti Al合金表面處理技術19-22
• 1.4.1 多弧離子鍍20
• 1.4.2 離子注入20
• 1.4.3 磁控濺射20-21
• 1.4.4 化學氣相沉積21
• 1.4.5 雙輝等離子表面鍍膜技術21-22
• 1.5 實驗課題的提出和可行性分析22-25
• 1.5.1 課題的提出22-23
• 1.5.2 可行性分析23-25
• 1.6 實驗研究內(nèi)容25-26
• 第二章 實驗材料、設備及方法26-33
• 2.1 實驗材料制備及實驗設備26-28
• 2.1.1 實驗材料制備26
• 2.1.2 實驗設備26-28
• 2.1.3 實驗操作過程28
• 2.2 性能組織表征28-29
• 2.3 氧化實驗方案29-30
• 2.3.1 測試標準29
• 2.3.2 氧化試樣預處理29-30
• 2.3.3 實驗過程30
• 2.3.4 檢測與分析30
• 2.4 摩擦磨損實驗方案30-32
• 2.4.1 試驗原理及設備30-31
• 2.4.2 試驗參數(shù)31
• 2.4.3 檢測與分析31-32
• 2.5 技術路線圖32-33
• 第三章 Ti Al合金雙輝等離子Zr-Y共滲試驗研究33-42
• 3.1 前言33
• 3.2 雙輝等離子滲Zr-Y工藝參數(shù)優(yōu)化33-36
• 3.2.1 極間距、氣壓和源極電位的影響33-34
• 3.2.2 工件極電壓和溫度的影響34-35
• 3.2.3 保溫時間的影響35
• 3.2.4 最佳工藝參數(shù)35-36
• 3.3 改性層組織形貌與成分分析36-39
• 3.3.1 Zr-Y改性層組織形貌觀察36-38
• 3.3.2 Zr-Y改性層截面形貌與分析38-39
• 3.4 Zr-Y改性層力學性能測試39-41
• 3.4.1 顯微硬度39
• 3.4.2 納米壓痕39-40
• 3.4.3 結(jié)合力測試40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 改性層的高溫氧化行為研究42-60
• 4.1 前言42-45
• 4.1.1 金屬的高溫氧化42-43
• 4.1.2 金屬高溫氧化熱力學分析43-44
• 4.1.3 金屬高溫氧化動力學分析44-45
• 4.2 750℃氧化實驗結(jié)果與分析45-49
• 4.2.1 氧化動力學曲線45
• 4.2.2 表面氧化產(chǎn)物分析45-46
• 4.2.3 氧化膜表面形貌及成分分析46-48
• 4.2.4 改性層氧化膜截面形貌48-49
• 4.3 800℃氧化實驗結(jié)果與分析49-54
• 4.3.1 氧化動力學曲線49-50
• 4.3.2 表面氧化產(chǎn)物分析50-51
• 4.3.3 氧化膜表面形貌及成分分析51-52
• 4.3.4 改性層氧化膜截面形貌52-54
• 4.4 850℃氧化實驗結(jié)果與分析54-59
• 4.4.1 氧化動力學曲線54
• 4.4.2 表面氧化產(chǎn)物分析54-55
• 4.4.3 氧化膜表面形貌及成分分析55-57
• 4.4.4 改性層氧化膜截面形貌57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 Zr-Y改性層的摩擦學行為研究60-77
• 5.1 前言60
• 5.2 金屬的摩擦磨損概述60-61
• 5.2.1 磨損60-61
• 5.2.2 摩擦系數(shù)61
• 5.2.3 磨損量的表征61
• 5.3 轉(zhuǎn)速因素對滲層摩擦行為的影響61-66
• 5.3.1 實驗條件及參數(shù)62
• 5.3.2 摩擦系數(shù)62-63
• 5.3.3 磨痕形貌63-65
• 5.3.4 磨損量65-66
• 5.4 載荷因素對合金層滑動磨損行為的影響66-70
• 5.4.1 試驗條件及參數(shù)66-67
• 5.4.2 摩擦系數(shù)67-68
• 5.4.3 磨痕形貌68-69
• 5.4.4 磨損量69-70
• 5.5 溫度因素對合金層滑動磨損行為的影響70-75
• 5.5.1 試驗條件及參數(shù)70-71
• 5.5.2 摩擦系數(shù)71-72
• 5.5.3 磨痕形貌72-74
• 5.5.4 磨損量74-75
• 5.6 本章小結(jié)75-77
• 第六章 結(jié)論77-79
• 參考文獻79-86
• 致謝86-87
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文87

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本文編號：821291