TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

Oxidation Properties in CO2 of Inconel Alloy 600 Coated by Simultaneous Aluminizing-Chromizing Process

IN 600 alloy was coated with two different types of coatings, Cr-modified aluminide coating this is called aluminizing-chromizing and Y-doped chromium modified aluminide coating this is called aluminizing-chromizing-yttriumizing. Diffusion coating was carried at 1 050 ℃ for 8 h under Ar atmosphere by simultaneous aluminizing-chromizing process and by simultaneous aluminizing-chromizing- yttriumizing. Cyclic oxidation tests were conducted on the uncoated and on the coated Inconel 600 alloy in the temperature range 800- 1 000 ℃ in CO2 for 100 h at 10 h cycle.The results showed that the oxidation kinetics for uncoated Inconel 600 alloy in CO2 is parabolic and the phases present are NiO, (Fe, Cr)2O3 , NiFe2O4 and NiCrO4. The oxidation kinetics for both coated systems in CO2 was found to be parabolic and the value of kP for both coated systems were found to be lower than that for uncoated Inconel 600 alloy. Oxide phases that formed on coated systems are Al2O3 and NiCrO4. The role of yttrium can be attributed to its ability to improve the adherence of the oxide scale.     

电弧离子镀Al扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在HY3(NiCrAlYSi)涂层与镍基高温合金(K5合金)之间沉积一层Al薄膜经过马弗炉870℃加热1h形成Al2O3作为扩散障层,研究了Al2O3对HY3(NiCrAlYSi)涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:Al2O3有效阻止基体与涂层之间的元素互扩散,提高了HY3(NiCrAlYSi)涂层和K5合金的抗高温氧化性能。     

Low-temperature Formation of Aluminide Coatings on Ni-base Superalloys by Pack Cementation Process

This article investigates the low-temperature formation of aluminide coatings on a Ni-base superalloy by pack cementation process. The pack cemented coatings characteristic of high density and homogeneity possess a two-layer structure. The top layer mainly consists of Al₃Ni₂ and Al₃Ni, while the bottom layer of Al₃Ni₂. Great efforts are made to elucidate the effects of different experimental parameters on the microstructure and the constituent distribution of the coatings. The results show that all the parameters exclusive of the pack activator (NH₄Cl) content produce effect on the coating thickness, but do not on the microstructure and the constituent distribution. The pack activator (NH₄Cl) content affects neither the coating thickness nor structure and constituent distribution. The parabolic relationship between the coating thickness and the deposition time suggests that the process is diffusion-controlled. Furthermore, the article demonstrates a linear relationship between the coating thickness and the reciprocal deposition temperature.     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.     

不同制备工艺对MoSi2涂层抗氧化性能的影响

为解决MoSi2和SiC线膨胀系数差异,在带有SiC外涂层的C/C复合材料表面采用等离子喷涂、电弧沉积和固渗等工艺制备MoSi2涂层。涂层表面形貌分析发现,等离子喷涂MoSi2涂层多孔不致密,电弧沉积MoSi2涂层易开裂剥落;而固渗MoSi2涂层致密均匀,且界面结合力好。氧化试验也表明,固渗MoSi2涂层性能较好。     

铝-硅涂层中Si的分布及作用

 本文研究了Al-Si涂层中Si的分布和存在形式,揭示了含Si的铝化物涂层中形成的富Si的M₆C隔层,它阻碍铝化物涂层中Al和Si向内扩散,从而提高涂层的抗高温氧化能力。利用预处理法可使Al-Si涂层预制成富Si的M₆C隔层,进一步提高它的防护能力。     

C/ C 复合材料SiC/ SiO2 涂层的制备及其抗氧化性能

为提高C/C复合材料的抗氧化性能,采用包埋法和低压化学气相法制备了SiC/SiO2涂层.借助XRD、SEM和EDS等测试手段分析了复合涂层的微观结构,并研究了其在l273、1773 K静态空气中的抗氧化性能.结果表明,包埋法制备的SiC涂层具有一定的浓度梯度.低压化学气相法制备的非晶Si02外涂层则有效地封堵了SiC内涂层的的裂纹和孔洞,并解决了SiC涂层在中温区(1073～1473 K)无法形成完整SiO2膜的问题.在l 273、1 773 K静态空气中经10h氧化后,涂层试样的质量损失率分别仅有4.97和0.36 mg/cm2,表现出良好的抗氧化性能.     

防止 C/C 复合材料氧化的 MoSi2/SiC 双相涂层系统的研究

 由固相扩散-浸渗处理制备了防止碳/碳复合材料氧化的MoSi2/SiC双相涂层。通过对涂层的结构、成份以及氧化机理的研究表明，MoSi2/SiC双相涂层由内层为β-SiC和外层为MoSi2/SiC双相层构成，具有优异的高温抗氧化性能。     

Microstructure and Oxidation Behavior of Modified Aluminide Coating on Ni3Al-based Single Crystal Superalloy

Al, Al-Si and Cr-Al-Si coatings are prepared onto IC20 alloy by powder pack cementation to improve the oxidation resistance of the alloy. The isothermal oxidation behaviors of the coatings and the uncoated IC20 alloy at 1 100 °C are comparatively investigated. For the coatings, less weight gains are obtained compared to the uncoated alloy after 100 h thermal exposure. The Al-Si coating exhibits the best oxidation resistance, while the addition of Cr accelerates the scale spallation. Phase transformation from β-NiAl to γ and γ′ occurs in the coating after oxidation for extended periods. The oxidation protection and degradation mechanisms for these coatings are discussed.     

GH4199合金渗铝工艺研究

主要针对渗铝工艺中不同渗铝温度、保温时间对GH4199合金组织、性能影响进行试验,试验结果表明渗层组织由表及里分别为：表层主要为富铝的NiAl相,向内的过渡层和扩散层为富Cr相、碳化物、NiAl相和Ni3Al相等。渗层厚度的变化主要与温度和时间有关,同一渗铝温度下,随着渗铝时间的增加渗铝层深度增加;同一渗铝时间,随着渗铝温度的提高渗铝层深度增加。经渗铝处理后,室温拉伸强度提高,拉伸塑性降低。900℃拉伸强度降低,拉伸塑性提高;持久寿命稍降低,塑性提高。     

铸造钛铝合金组织与力学性能

根据对钛铝合金铸态组织的金相观察,分析了合金元素Ｃｒ,Ｖ,Ｎｂ对铸锭组织的影响。研究发现,合金元素Ｃｒ,Ｖ有利于柱状晶生长,在这种柱状晶组织中γ／α２层片排列具有较强的择优取向,即层片界面垂直于柱状晶生长方向;而Ｎｂ抑制柱状晶生长,且含Ｎｂ的ＴｉＡｌ合金宏观等轴晶区和柱状晶区内层片组织均由等轴状的层片团构成,并以四点弯曲试验结果对不同合金化条件的钛铝合金的力学性能的方向性做了评价。     

CrON扩散阻挡层对NbCrAl涂层与Nb基高温合金元素互扩散的影响

利用磁控溅射技术在C103型Nb基高温合金上制备了含和不含CrON扩散阻挡层的NbCrAl涂层,对比研究了2种涂层分别经900℃和1000℃真空热处理后的元素扩散行为。结果表明:NbCrAl涂层以Cr₂Nb和AlNb₂相为主,含非晶态组织;真空热处理后生成了NbAl₃和(Nb,Cr)沉淀相。热处理温度由900℃升至1000℃时,NbCrAl涂层中元素扩散速度加快。不含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散至基体的含量分别为2.76wt%和1.21wt%,而含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散到基体的含量分别仅为2.52wt%和0.84wt%。扩散阻挡层保持连续,且与涂层及基体的界面结合良好,经高温处理后主要以密排六方结构的Cr₂O₃和Al₂O₃相为主,有效地抑制了元素互扩散。     

铌合金MoSi2抗氧化涂层制备及组织性能分析

在铌合金棒试样上喷涂Mo粉高温烧结制得Mo层，然后在添加活化剂的Si粉中扩散渗制得Mo-Si2涂层。微观形貌分析表明涂层均匀致密，通过扩散与基材形成过渡层，结合力较好。抗氧化及抗热震试验验证了MoSi2涂层具有良好的综合性能。长时间氧化试验后涂层表面生成比较纯的玻璃质SiO2层，不仅隔绝氧气，也能填补涂层表面空隙。     

Ti3Al基合金微弧氧化膜的制备和性质

利用微弧氧化方法在Ti3Al基合金上制备了厚度达120 μm的陶瓷膜.研究了陶瓷膜的生长曲线,发现膜层厚度随着氧化时间的增加而增加,在不同氧化阶段生长速度不同,膜层以向外生长为主;显微结构和硬度分析都发现,陶瓷膜分为两层结构,即内层和外层,陶瓷膜内外层的主要物相是(Ti0.6Al0.2Nb0.2)O2相,外层中还有一定数量的无定形SiO2相;陶瓷膜的最大显微硬度可以达到基体硬度的3倍左右.显微划痕实验表明:膜与基体间结合力大于40N,膜与基体结合良好.电化学极化曲线测试显示陶瓷膜在3.5%盐水溶液中的耐蚀性与Ti3Al基体相比有较大的提高.     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

先进铝化物涂层制备技术进展

铝化物涂层是现役发动机热端部件高温氧化防护的主要手段。未来,高性能铝化物涂层仍是发展先进发动机所必需的技术。传统基于化学气相的制备方法不仅污染环境,腐蚀设备,效率低下,更重要的是难以有效制备高性能铝化物涂层。高效"绿色"化将是先进铝化物涂层制备技术的发展趋势。近年通过利用机械能辅助的策略获得了高效制备铝化物涂层的方法。另外,利用真空物理气相沉积加高温扩散的策略,"绿色"制备高性能铝化物涂层的研究也进展显著。结合上述两种策略,利用真空等离子辐照形成的离子撞击能,可高效、"绿色"地制备铝化物涂层,为高性能铝化物涂层的制备提供了一种新的有效途径。     

TiAl金属间化合物缺口断裂性能

 TiAl合金作为准脆性材料,在其服役过程中由于缺口的存在使得断裂对缺口非常敏感,严重降低了其使用性能,因此需要研究TiAl合金在缺口作用下的断裂性能。采用带缺口的组合拉伸试样研究了温度和拉伸速率对具有近全片层组织Ti-48Al-2Cr-2Nb合金缺口断裂性能的影响。结果表明,室温下TiAl合金对缺口非常敏感,随着温度的升高,TiAl合金对缺口敏感性降低,当温度为800 ℃时,TiAl合金对缺口不敏感。TiAl合金在低温区塑性变形是通过位错滑移和变形孪晶引起的,高温下是由扩散控制的位错攀移作用引起的。研究还表明,200 ℃下拉伸速率较低时TiAl合金对缺口不敏感,当拉伸速率增加到较高时,TiAl合金对缺口很敏感。     

TiA1双层辉光离子渗Cr的工艺研究

利用双层辉光离子渗金属技术（DGPSAT）对TiAl金属间化合物进行渗Cr处理。研究了主要工艺参数对渗层表面合金含量CA和渗层厚度δ这两个目标函数的影响。结果表明,表面合金含量CA和渗层厚度δ随源极电压Vs、有效功率密度比κ的增加而增加;随阴极电压Vc的增加而减少。气压存在一个峰值,太高或太低都不利。工艺参数的最佳值:源极电压Vs为1200V～1300V,阴极电压为200V～300V,有效功率密度比κ为4～5,气压为25Pa～30Pa。     

表面涂层-高温合金之间的高温过程研究

采用刷涂和烧结的方法制备了高温合金表面的无机涂层，并对基体进行了预氧化处理。应用俄歇能谱仪（AES）、扫描电镜（SEM）研究了预氧化处理和高温长时间退火条件下，涂层和高温合金之间元素的相互作用。结果表明：氧在合金中的分布曲线服从抛物线法则，高温下基体中铬优先氧化，对高温合金基体进行预氧化处理能有效地阻滞高温条件下基体元素铬的贫化。