微晶钛合金薄板粉末包埋渗铝及铝硅共渗研究

采用粉末包埋法对电子束物理气相(EB- PVD)制备钛合金薄板在620℃分别进行6h渗铝及铝硅共渗,采用XRD、SEM等对EB- PVD制备钛合金薄板显微组织以及粉末包埋法渗铝及Al- Si共渗后的钛合金薄板显微组织结构进行研究.结果表明,微晶合金可以在620℃实现渗铝和铝硅共渗.渗铝层的相结构主要为Al3 Ti相,但由于渗层Al3 Ti相为脆性相,在渗后冷却过程中热应力的作用下,易产生裂纹.铝硅共渗层的相结构主要为Al3 Ti和Ti5 Si3相,由于Si存在渗层中,渗层中不存在裂纹.     

渗铝GH36钢的预氧化处理工艺

渗铝可以显著延缓GH36钢晶界腐蚀的产生,渗铝工艺已用于WP-6发动机一级涡轮盘,解决了涡轮盘槽底裂纹的问题,在生产使用中已取得显著效果。近期的工作证明,预氧化可以显著提高GH36钢渗铝层的抗蚀性能,因而是延长渗铝GH36钢零件寿命的极简单而有效的方法。预氧化即零件在渗铝之后,在一定条件下生成一层完整、致密的氧化物薄膜,这层薄膜较之“自然”生成的薄膜有更好的保护作用,因此可以显著提高渗铝层的抗蚀能力。对经预氧化的渗铝GH36钢试样,分别进行了抗蚀性能和机械性能的试验。在常温腐蚀条件下,无论从出现腐蚀的时间看,还是从周浸85昼夜后渗铝层的剩余厚度看,提高抗蚀性能都在一倍以上。在高温腐蚀条件下,从650℃     

镍铝涂层晶粒细化与金属氧化物掺杂改性研究

包埋渗铝获得的镍铝涂层是一种最早使用的Al_2O_3膜热生长型高温涂层。自20世纪50年代应用于航空发动机热端部构件的高温防护以来,进一步提高其抗高温氧化性能的机理和技术研究延续至今。基于对合金氧化及Al_2O_3膜热生长机制的理解,提出了晶粒细化与特定金属氧化物掺杂可提升镍铝涂层抗氧化性能的观点,介绍了涂层晶粒细化与金属氧化物弥撒掺杂方法,讨论了这些结构和成分改性影响涂层抗高温氧化性能的关键因素:包括Al_2O_3膜生长速度、亚稳态相向稳态相转变、涂层的黏附性以及涂层与合金基体的互扩散。这些新的研究结果有望为进一步挖掘渗铝涂层的应用潜力、延长其服役寿命提供理论和试验基础。     

稀土氧化物改性氧化锆/铂铝热障涂层的制备及其高温性能

针对我国某型航空发动机涡轮叶片用DZ125与DZ406高温合金,开展了稀土氧化物改性氧化锆/铂铝热障涂层体系的制备工艺及涂层高温性能研究。采用电镀Pt和气相渗铝的工艺制备了PtAl金属粘结层,研究了镀Pt前处理、不同镀Pt层厚度以及渗铝温度等关键工艺参数对涂层的微观结构和抗高温氧化性能的影响规律。采用优化后的涂层工艺制备的PtAl粘结层在1150℃时的抗氧化性能优异。采用电子束物理气相沉积（EB–PVD）在PtAl粘结层表面制备了稀土氧化物改性的氧化锆（GYb–YSZ）陶瓷涂层。由GYb–YSZ和Pt Al组成的热障涂层在1050℃热循环4320次（1050℃保温时间720 h）后,涂层表面状态完好,未发现明显剥落现象,表明该热障涂层体系具备良好的热循环性能。     

一种高W、Mo含量Ni3Al基合金的高温氧化行为

研究了一种高W、Mo的Ni3Al基合金的1050℃静态抗氧化行为,并采用扫描电镜对不同时间氧化后合金的氧化层形貌进行分析,利用X射线衍射仪分析氧化产物的种类和数量,氧化动力学研究表明,合金的氧化动力学曲线不遵循抛物线规律,以W代Mo,能一定程度上改善高Mo的Ni3Al基合金的1050℃抗氧化性能.1050℃/100h静态氧化产物主要为NiO,NiAl2O4和NiWO4,外层氧化镍与内氧化层之间为结合薄弱区,仅氧化1h后,在冷却过程中,该区域就产生大面积开裂,致使外氧化层脱离.随氧化时间增长,合金/氧化层界面的NiAl2O4/Al2O3阻挡层逐步形成,在氧化100h时基本连续,有效降低了合金的氧化速率.     

热障涂层的界面形貌对TGO层生长行为的作用机制

通过对陶瓷层/粘接层界面应力和热生长氧化物(thermally grown oxides,TGO)层的生长规律分析,研究涂层界面凸起对TGO生长行为的作用机制。结果表明:TGO在陶瓷层/粘接层界面凸起区域的生长速率高于其他区域;由ANSYS有限元软件应力分析可知,随着界面粗糙度的增加(10μm增至20μm),涂层的界面应力增加(185 MPa增到406 MPa);TGO层的厚度增加(1.6μm增至9.3μm)同样会使界面应力增加(142 MPa增大到574 MPa);此外,在高温氧化过程中,陶瓷层/粘接层界面凸起区域主要表现为拉应力,凹陷区域为压应力;拉应力能够促进TGO层的快速生长,压应力则会抑制TGO的生长速率;在保证涂层有效结合强度的前提下,降低粘接层的表面粗糙度,能够有利于降低涂层的界面应力以及减缓TGO的生长速率,从而提高热障涂层高温稳定性。     

发动机叶片气相渗铝工艺研究

为提高发动机叶片抗高温氧化和抗燃气腐蚀的能力,选用发动机叶片气相渗铝工艺,通过模拟生产的工艺试验,以试验数据及现象为依据,客观分析了渗铝的加热温度、保温时间及渗铝剂的用量等因素对渗铝层深度的影响,从而确定某型发动机叶片气相渗铝时的热处理参数。     

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。     

复杂型腔空心叶片气相渗铝工程化应用研究

对航空发动机复杂型腔空心叶片气相渗铝工艺、组织结构进行了研究,探讨了气相渗铝工艺的原理和机制.结果表明,采用舍Al 30％(质量百分比)的渗铝剂可实现空心叶片表面和内腔的同时渗铝,渗层深度可控、均匀性好,随渗铝保温时间的延长而递增,叶片表面渗铝层深度为20～60μm,内腔为5～20μm,渗铝层组织主要分为两个特征区,厚度比约为1∶1.外层铝为32％～36％(质量百分比)左右,内层铝约为l1％～l7％(质量百分比);外层主要由β-NiAl相,内层可能由β相,或β+γ'相,或γ'相组成.叶片经980℃、4h气相渗铝后,组织良好、性能优良,通过了航空发动机1000h持久试车考核,工程化应用前景广阔.     

LF6超塑性变形断裂研究

研究了LF6铝合金超塑性变形中的显微组织变化及断口形貌特征。试验结果证明空洞主要在三角界处形核。变形量增加，空洞不断长大，同时有新的空洞产生。晶界滑动是引起空洞长大的主要原因。合金有高的应变速率敏感性，能抑制空洞沿横向晶界的扩展和连接。仅在变形后期，空洞才因试样薄弱处局部应力的增加沿横向晶界大范围扩展连接，并导致合金断裂。变形过程中晶粒的长大和伸长会促使空洞的形核。文中给出了合金超塑性变形断裂的物理模型。     

超声冲击残余应力场的有限元模拟

建立模拟超声冲击残余应力场的三维有限元模型,预测AISI 304奥氏体不锈钢靶材经超声冲击后的残余应力场分布.模拟过程中,分析冲击速度、针头直径、冲击时间、摩擦力、冲击次数以及不同覆盖率等因素对超声冲击残余应力场分布影响的规律.结果表明,冲击速度、针头大小、冲击时间及摩擦力都会影响到最终冲击残余应力场.冲击速度和针头直径对残余应力场分布影响显著,速度提高或直径变大,均可明显提高残余压应力值,且增加残余压应力层深度,但摩擦系数对冲击效果的影响不大.随着冲击次数的增加,超声冲击强化特征明显,残余压应力层深度增加.随着覆盖率的增加,残余压应力层增厚,但形成的最大残余压应力值减小.     

交流阻抗谱法在热障涂层失效研究中的应用

介绍了交流阻抗谱法作为无损检测方法在热障涂层失效分析中的应用。通过对热循环、静态氧化过程中热障涂层体系的阻抗谱分析,利用交流阻抗谱对热障涂层进行拟合,得到了服役过程中D_M以及TGO电阻R拟合的结果与氧化时间呈抛物线关系;并根据阻抗的变化确定了粘结层的氧化过程中氧化物成分从Al₂O₃变化到混合氧化物的过程;对陶瓷层电阻的拟合结果表明,陶瓷层在热循环250~350次之间的电阻变化与陶瓷层内微观结构以及应力的变化有关。     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

Plasma Niobium Surface Alloying of Pure Titanium and its Oxidation at 900℃

A niobium-modified layer on pure titanium surface was obtained by means of double glow plasma surface alloying technique. The modified layer was uniform, continuous, compact and well adhered to the substrate. The niobium composition in the modified layer decreased gradually from the surface to the substrate. The oxidation behavior of the niobium-modified layer was investigated and com- pared with the untreated surface at 900 ℃ for 100 h. Characterization of the layers was performed using X-ray diffraction and scanning electron microscope, respectively. The test results show that the oxidation behavior of pure titanium was improved by niobium alloying process. Niobium has a positive influence on the oxidation resistance.     

轴承钢等离子体基离子注碳复合改性层化学结构的研究

通过激光Ｒａｍａｎ光谱、Ｘ射线光电子谱以及电阻和显微硬度的测试，研究了ＧＣｒ１５钢及镀钛ＧＣｒ１５钢试样经乙等离子基离子注入所得表面改性层的化学结构。     

Plasma Niobium Surface Alloying of Pure Titanium and its Oxidation at 900 ℃

A niobium-modified layer on pure titanium surface was obtained by means of double glow plasma surface alloying technique. The modified layer was uniform, continuous, compact and well adhered to the substrate. The niobium composition in the modified layer decreased gradually from the surface to the substrate. The oxidation behavior of the niobium-modified layer was investigated and compared with the untreated surface at 900 ℃ for 100 h. Characterization of the layers was performed using X-ray diffraction and scanning electron microscope, respectively. The test results show that the oxidation behavior of pure titanium was improved by niobium alloying process. Niobium has a positive influence on the oxidation resistance.     

DZ22／NiCrAlY涂层抗氧化性能研究

为了提高ＤＺ２２ 合金的高温抗氧化性能,利用磁控溅射技术沉积了ＮｉＣｒＡｌＹ 涂层。周期氧化试验表明,涂覆ＮｉＣｒＡｌＹ 涂层后ＤＺ２２／ ＮｉＣｒＡｌＹ系统周期氧化总寿命高于２０００ｈ, 较未施加涂层的ＤＺ２２ 提高１０ 倍以上。涂层中微量元素Ｙ 和ＲＥ的适当增加,可进一步改善涂层的抗高温氧化性能     

划痕法表征TD处理制备的VC涂层界面结合强度

 为了测定碳化钒(VC)涂层与基体之间的结合强度,分析涂层与基体的结合机制,采用热扩散(TD)处理在冷作模具钢Cr12MoV表面制备了VC涂层,通过扫描电镜(SEM)观察了其表面与界面形貌,利用能谱议(EDS)分析了结合界面的V、C元素的分布,用划痕法测定了涂层与基体的界面结合强度,并对涂层失效机理进行了分析.结果表明,经TD处理制备的VC涂层与基体结合界面为成分梯度界面,二者结合面为成分含量呈梯度变化的过渡层,V元素含量从表面到基体逐渐下降,而C元素含量逐渐上升;其结合界面处化学元素相互结合,形成冶金结合,测得涂层与基体的结合强度平均值为45.7 N;涂层失效形式为界面层的压裂,其结合强度主要与VC涂层残余压应力有关.     

推进剂管理装置的可靠性增长及试验验证

采用原始的焊接方式焊接筛网式推进剂管理装置的收集器合格率低、可靠性差。为此,采用纯钛箔作为过渡层进行了不锈钢筛网与钛合金支压板的电阻缝焊试验以及随后这两者与钛合金骨架的电子束焊试验,然后进行了地面力学环境下的振动试验,以验证焊接方式改进后收集器的可靠性。焊接试验结果表明,纯钛箔过渡层一方面可以大幅降低筛网在电阻缝焊时的焊接热量,有效地减小筛网的热变形;另一方面可以在电阻缝焊后形成牢固、封闭的纯钛/不锈钢筛网焊缝过渡区,有效地增加电子束焊时筛网的变形抗力,从而使得焊接后试样的合格率和性能大幅提高。振动试验结果表明,焊接方式改进后收集器的可靠度置信下限从0.90增加到了0.96。