本文關(guān)鍵詞：γ-TiAl雙輝等離子滲鉭工藝及改性層性能研究

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【摘要】：與傳統(tǒng)高溫合金相比,γ-Ti Al具有密度低,比強(qiáng)度、比模量相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì),被公認(rèn)為最有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但是γ-Ti Al在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,并且在強(qiáng)還原性介質(zhì)中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕或全面腐蝕,這些缺陷限制了其應(yīng)用。本課題提出采用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù),在γ-Ti Al表面制備鉭改性層,顯著提高其抗高溫氧化及耐蝕性能。經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)獲得最佳工藝參數(shù),所制備的Ta改性層厚度約為25μm,與基體結(jié)合良好,結(jié)合力達(dá)到60N。表面改性層主要物相為α-Ta,并且表面顯微硬度達(dá)到415.36HV0.3。Ta改性層的納米硬度達(dá)到448.4DHT115,相對(duì)于基體有明顯的升高,彈性模量為2.29×105Mpa,相對(duì)于基體明顯降低說明具有較好的變形能力以及較好的抗塑性變形的能力。Ti Al基體與Ta改性層的高溫抗氧化性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)分別在750℃、800℃和850℃下進(jìn)行。Ti Al合金滲Ta后試樣表面的氧化產(chǎn)物以Ta2O5、Al Ta O4等混合氧化物為主,氧化膜堆積致密無孔洞,氧化動(dòng)力學(xué)曲線基本符合Wagner拋物線氧化規(guī)律,合金的抗氧化性能得到提高。電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)分別在10wt%和20wt%HCl溶液及10wt%和40wt%H2SO4溶液中進(jìn)行,結(jié)果表明Ta改性層表面形成的Ta2O5膜具有優(yōu)越的耐腐蝕能力,能有效阻止Cl-的進(jìn)入,并且具有一定粘附作用,可以使原本松散的Ti O2鈍化膜保持完整連續(xù),因此其抗腐蝕性能得到提高。熔鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)表明,改性層表面形成一層堅(jiān)固的β-Ta2O5與Al Ta O4復(fù)雜氧化物保護(hù)膜,擁有良好的熱穩(wěn)定性以及耐腐蝕性能,從而很好的保證了氧化膜的完整性和保護(hù)性,能有效地阻止硫、氯和氧元素的入侵,提高了改性層的耐腐蝕性。
【關(guān)鍵詞】：雙層輝光等離子滲金屬技術(shù) Ta改性層 高溫氧化 電化學(xué)腐蝕 熔鹽腐蝕
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.445
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 鈦及鈦基金屬間化合物的應(yīng)用11-14
• 1.1.1 鈦11
• 1.1.2 鈦基金屬間化合物11-12
• 1.1.3 鈦鋁金屬間化合物的應(yīng)用及存在問題12-14
• 1.2 鉭及鉭合金的發(fā)展?fàn)顩r14-15
• 1.3 鈦鉭合金的發(fā)展15-16
• 1.4 制備鉭涂層的表面技術(shù)16-18
• 1.4.1 化學(xué)氣相沉積16-17
• 1.4.2 等離子噴涂17
• 1.4.3 磁控濺射17
• 1.4.4 離子注入17-18
• 1.4.5 多弧離子鍍18
• 1.5 課題的提出和研究內(nèi)容18-20
• 1.5.1 課題的提出18-19
• 1.5.2 研究內(nèi)容19-20
• 1.6 課題的可行性分析20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法22-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備22-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-24
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)操作過程24
• 2.2 性能組織表征24-25
• 2.3 氧化實(shí)驗(yàn)方案25-26
• 2.3.1 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)25
• 2.3.2 氧化前處理25
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)過程25-26
• 2.3.4 檢測(cè)與分析26
• 2.4 腐蝕實(shí)驗(yàn)方案26-27
• 2.4.1 電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.4.2 熔鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)27
• 2.5 技術(shù)路線圖27-29
• 第三章 TiAl合金表面等離子滲Ta試驗(yàn)研究29-38
• 3.1 γ-TiAl表面等離子滲Ta工藝方案29-33
• 3.1.1 處理溫度對(duì)Ta改性層的影響30-31
• 3.1.2 氣壓對(duì)Ta改性層的影響31-32
• 3.1.3 保溫時(shí)間對(duì)Ta改性層的影響32-33
• 3.1.4 最佳工藝參數(shù)的確定33
• 3.2 最佳工藝制備的鉭改性層的組織結(jié)構(gòu)、成分與力學(xué)性能33-37
• 3.2.1 最佳工藝制備的改性層的組織與成分33-35
• 3.2.2 顯微硬度測(cè)試35
• 3.2.3 納米壓入測(cè)試35-36
• 3.2.4 結(jié)合力測(cè)試36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 Ta改性層高溫氧化性能研究38-50
• 4.1 金屬高溫氧化機(jī)理概述38-40
• 4.1.1 高溫氧化定義38-39
• 4.1.2 金屬高溫氧化熱力學(xué)分析39
• 4.1.3 金屬高溫氧化動(dòng)力學(xué)分析39-40
• 4.2 750℃氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析40-43
• 4.2.1 氧化動(dòng)力學(xué)曲線40-41
• 4.2.2 氧化膜表面形貌及成分分析41-43
• 4.3 800℃氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-45
• 4.3.1 氧化動(dòng)力學(xué)曲線43-44
• 4.3.2 氧化膜表面形貌及成分分析44-45
• 4.4 850℃氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-48
• 4.4.1 氧化動(dòng)力學(xué)曲線46
• 4.4.2 氧化膜表面形貌及成分分析46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第五章 Ta改性層耐腐蝕性能研究50-75
• 5.1 金屬的腐蝕50-51
• 5.1.1 金屬腐蝕的概念50
• 5.1.2 金屬腐蝕的形式50-51
• 5.2 電化學(xué)腐蝕測(cè)試51-70
• 5.2.1 電化學(xué)法51-54
• 5.2.2 Ta改性層和TiAl基體在 10wt%HCl溶液中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果54-58
• 5.2.3 Ta改性層和TiAl基體在 20wt%HCl溶液中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果58-62
• 5.2.4 Ta改性層和TiAl基體在 10wt%H2SO4溶液中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果62-66
• 5.2.5 Ta改性層和TiAl基體在 40wt%H2SO4溶液中的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果66-70
• 5.3 熔鹽腐蝕試驗(yàn)70-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-84
• 致謝84-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

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