本文關(guān)鍵詞：TA15合金表面Cr-Si合金層的高溫氧化及抗熱腐蝕行為研究　出處：《南京航空航天大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：TA15合金兼具α合金優(yōu)異的抗蠕變性能、良好的耐蝕性及(α+β)合金的高強度,其獨特的優(yōu)勢,使其成為航空航天領(lǐng)域具有巨大潛力的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。但其抗高溫氧化性能和抗熱腐蝕性能的不足,嚴(yán)重限制了該合金的使用范圍。為解決這一問題,采用雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)在TA15合金表面制備Cr-Si合金層,以提高其抗高溫氧化及抗熱腐蝕性能。TA15合金基體表面成功滲Cr后,再進行滲Si,滲Cr的最佳工藝參數(shù)為:溫度950℃,源極電壓950V;工件電壓400V;工作氣壓35Pa;極間距15mm;保溫時間3h。滲Si層的最佳工藝參數(shù)為:溫度1000℃,源極電壓1000V;工件電壓450V;工作氣壓38Pa;極間距15mm;保溫時間3.5h。利用SEM、EDS、XRD對Cr-Si合金層的表面形貌、截面形貌、元素分布及相組成進行分析,結(jié)果表明:Cr-Si合金層表面均勻致密,無孔洞、縫隙;表面相組成為Cr、Si和Cr3Si;厚度約為40μm,與基體之間結(jié)合力達63.5N。對基體及Cr-Si合金層在不同溫度下進行高溫氧化實驗,結(jié)果表明:溫度低于750℃時,基體及Cr-Si合金層都具有一定抗高溫氧化能力,基體在800℃以上失去抗氧化能力;Cr-Si合金層在850℃氧化50h后,表面出現(xiàn)輕微剝落,但仍具有較好的抗高溫氧化作用。對基體及Cr-Si合金層在750℃不同時間進行高溫氧化實驗,結(jié)果表明:基體表面氧化膜呈Al_2O_3和TiO_2交替分層分布;Cr-Si合金層表面能迅速生成Cr2O3和SiO_2保護膜,起到較好抗高溫氧化作用。對基體及Cr-Si合金層在不同溫度Na_2SO_4鹽中熱腐蝕實驗,結(jié)果表明:Cr-Si合金層增重小于基體,且溫度低于750℃熱腐蝕100h時均表現(xiàn)出一定的抗熱腐蝕能力�；w在800℃氧化50h時,氧化膜腐蝕剝落;Cr-Si合金層在800℃中熱腐蝕100h后,仍能起到較好的抗熱腐蝕作用。對基體及Cr-Si合金層在700℃的Na_2SO_4鹽中不同時間熱腐蝕實驗,結(jié)果表明:基體及Cr-Si合金層均表現(xiàn)出一定的抗熱腐蝕能力;Na_2SO_4鹽可使氧化膜疏松多孔,還能與金屬元素發(fā)生氧化或硫化反應(yīng),是加速氧化腐蝕的催化劑。對基體及Cr-Si合金層在75%Na_2SO_4+25%NaCl混合鹽中不同時間熱腐蝕試驗,結(jié)果表明:基體在混合鹽中抗熱腐蝕能力急劇下降,生成的氧化膜疏松,且易與基體剝離;Cr-Si合金層表面氧化膜仍具有較好的抗熱腐蝕能力。氯離子的存在加速了熱腐蝕進程,故混合鹽中的熱腐蝕過程是氧化、硫化和氯化的綜合過程。
[Abstract]:TA15 alloy with alpha alloy excellent creep resistance, corrosion resistance and good (alpha + beta) high strength alloy, its unique advantages, make it become the new high temperature structural materials with great potential in aerospace field. But the high temperature oxidation resistance and corrosion resistance is not enough, seriously limits the use of the scope of this alloy. In order to solve this problem, on the surface of TA15 alloy Cr-Si alloy prepared by layer by double glow plasma surface metallurgy technology, in order to improve its resistance to high temperature oxidation and hot corrosion resistance of.TA15 alloy surface infiltration success after Cr, then the Si penetration, the optimum process parameters of Cr infiltration were temperature 950 DEG C, the source voltage 950V; workpiece voltage 400V working pressure; 35Pa; electrode spacing 15mm; optimum parameters of the heat preservation time is 3h. infiltration Si layer: 1000 degrees Celsius temperature, source voltage 1000V; workpiece voltage 450V working pressure; 38Pa; electrode spacing 15mm; holding time 3.5H . using SEM, EDS, XRD on the surface morphology of Cr-Si alloy layer cross section morphology, element distribution and phase composition were analyzed, the results show that the Cr-Si alloy layer on the surface is uniform and dense, no holes, cracks; the surface is Cr, Si and Cr3Si; the thickness is about 40 m, and the matrix between the combination of up to 63.5N. on the matrix and Cr-Si alloy layer under different temperature by high temperature oxidation experiments, the results show that the temperature is lower than 750 DEG C, and Cr-Si matrix alloy layer has a certain resistance to oxidation at high temperature, the base lose antioxidant ability in more than 800 DEG C; Cr-Si alloy layer at 850 DEG 50h after oxidation, slight surface spalling, but still has good resistance to high temperature oxidation of Cr-Si alloy layer and the matrix. 750 degrees in the different time of high temperature oxidation experiments, the results show that the oxide film on the substrate surface is Al_2O_3 and TiO_2 alternate layer distribution; surface layer of Cr-Si alloy can quickly generate Cr2O3 and SiO_2 The protective film, play a better role. High temperature oxidation resistance of substrate and Cr-Si alloy layer at different temperature Na_2SO_4 salt in hot corrosion experiments, the results show that the Cr-Si alloy layer is less than the weight matrix, and the temperature is lower than 750 DEG C hot corrosion of 100h showed certain ability of corrosion resistance. The matrix at 800 DEG 50h oxidation. The film corrosion spalling; Cr-Si alloy layer at 800 DEG C in hot corrosion of 100h, still can play a better role. Corrosion resistance of different time of hot corrosion experiment, and Cr-Si matrix alloy layer at 700 DEG Na_2SO_4 salt results show that matrix and Cr-Si alloy showed certain ability of corrosion resistance; salt Na_2SO_4 the film is loose and porous, but also with metal elements or sulfide oxidation reaction is the catalyst of oxidation corrosion. The matrix and Cr-Si alloy layer in 75%Na_2SO_4+25%NaCl mixed salt in different time hot corrosion test results Matrix: thermal in the mixed salt corrosion ability decreased dramatically, the film is loose and easy to generate, and the matrix of Cr-Si alloy layer peeling; surface oxide film still has better ability of corrosion resistance. The presence of chloride ions accelerated the hot corrosion process, the hot corrosion process in the mixed salt is the oxidation process of sulfide and chloride synthesis.

【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4

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