等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗.使用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X衍射仪(XRD)检测了合金渗层的形貌、合金元素含量与相组成,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能与高温耐磨性能的改善效果.结果显示,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相...     

TiAl合金中的氧扩散及恒温氧化研究现状

TiAl合金由于高比强度和优异的高温力学性能,是一种极具应用潜力的轻质高温结构材料,但存在脆性大、室温塑性差以及800℃以上抗氧化能力不足是其工程应用的最大障碍。本文对TiAl合金的恒温氧化行为、氧扩散以及氧化后力学性能变化规律进行了总结。基于服役环境条件下合金中的氧扩散规律及受控机制,对改善合金高温抗氧化性能的表面处理和合金化研究现状进行了归纳。分析了TiAl合金高温抗氧化行为研究及其控制技术在今后一段时期的发展趋势。     

TiAl金属间化合物的合金设计及研究现状

分析合金元素对TiAl合金晶体结构及组织性能的影响.采用高合金化(如高Nb,V,Cr,Mn等)引入高温β相,使TiAl合金具有较好的可成形性.添加少量C,B,RE等元素改善TiAl合金组织和性能.介绍热处理及热机械处理控制TiAl合金显微组织的方法.概述TiAl合金成形技术及应用,并分析TiAl合金的发展趋势.     

TZM合金组织及性能研究

采用非自耗电弧熔炼和电子束熔炼的方法制备了TZM合金锭,研究了Zr元素含量变化对合金组织和力学性能的影响,探索了合金的高温抗氧化性能.研究发现,TZM合金显微组织由Mo固溶体基体和第二相颗粒组成,由于固溶强化和弥散强化,合金在1250℃的压缩强度大于400MPa,是纯Mo的近4倍,而且当Zr含量为0.08%(质量分数)时,压缩强度最高.采用包埋渗法在TZM合金表面涂覆Al-Si涂层能明显改善合金的抗氧化性能.     

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。     

提高C／C复合材料高温抗氧化性能的研究

本文从C/C复合材料的原材料入手,研究了基体添加剂及碳纤维表面处理对C/C复合材料高温抗氧化性能的影响,结果表明,在C/C复合材料复合成型之前,在基体中增添抗氧化物质及对碳纤维进行表面处理都能改善高温抗氧化性能,并在实践中发现,碳纤维用量也与C/C复合材料的高温抗氧化性能有一定关系。     

Ni3Al基合金IC6的防护涂层研究

采用离子电弧镀的方法在Ni3Al基合金IC6上制备了NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf三种不同成分的MCrAⅨ包覆涂层,观察了涂层的微观组织,测试了带涂层试样的拉伸和高温持久等主要力学性能以及抗氧化和抗腐蚀性能.实验结果表明涂层与合金基体的结合良好,各涂层均由γ′,γ,β和α-Cr组成.扩散处理后,基体材料与涂层发生了元素的互扩散.NiCrAlY、NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对IC6合金的高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能均有明显改善,NiCoCrAlYHf涂层在改善腐蚀性能方面效果更显著,NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层对合金的力学性能影响不大,而高Cr含量的NiCrAlY由于在高温下对IC6合金的持久性能影响较大,不适用于IC6合金.本研究条件下的NiCoCrAlY和NiCoCrAlYHf涂层能对IC6合金起到很好的防护作用.     

Al含量对一种新型高W，Mo的Ni3Al基合金组织和性能的影响

为满足1050℃使用的等温锻模具材料的需求,在IC6合金成分的基础上研制了一种新型的高W,Mo强化的Ni3Al基等轴晶合金,尝试在合金中添加了不同含量的铝改善合金的抗氧化性能,并研究了铝对合金微观组织和1050℃拉伸性能和1100℃持久性能的影响.采用带能谱的扫描电镜分析了合金微观组织以及氧化膜形貌,采用X射线衍射分析了合金氧化膜的相组成.研究结果显示,随铝含量从7wt%增加到8wt%,合金的氧化增重速率明显降低,氧化皮脱落量减少,合金的抗氧化性能明显提高.力学性能测试结果表明,铝含量为7.5wt%的合金具有较好的综合高温性能,当铝含量提高到8wt%时,合金中的初生γ＇相大量增加,合金高温强度明显降低.     

阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

采用电化学阳极氧化技术在含NH4F的乙二醇电解液中对TiAl合金进行阳极氧化处理。研究阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响。结果表明:由于“卤素效应”,阳极氧化处理的TiAl合金经高温氧化后表面形成致密、连续的Al₂O₃氧化膜,有效阻止了氧的内扩散,进而显著提高合金的抗高温氧化性能。经1000℃氧化100 h后,阳极氧化试样增重由未经阳极氧化处理试样的85.86 mg/cm²降至0.67 mg/cm²。另一方面,阳极氧化TiAl合金表面硬度和弹性模量随高温氧化时间延长呈先降低后升高的趋势。阳极氧化TiAl合金在高温服役后,合金的摩擦系数较未经阳极氧化处理试样上升,但表面耐磨性先降低后升高。这是由于TiAl合金经阳极氧化后,表面形成了一层富铝含氟氧化膜,由于氧化膜中F元素在高温氧化过程中与Ti、Al结合形成卤化物,卤化物蒸气选择性扩散在原始氧化膜处形成致密的Al₂O₃保护膜。阳极氧化对TiAl合金力学性能的影响主要是由于氧化膜中Al₂O₃的含量变化所致。     

阴极微弧放电制备TiAl合金表面Al_2O_3膜的高温氧化性能

在Al(NO3)3溶液中利用阴极微弧放电沉积方法,制备了TiAl合金表面的Al2O3膜,膜的厚度为80μm。空气环境下,在900℃下进行高温氧化实验。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品在高温氧化前后的形貌和物相变化。100h高温氧化后,Al2O3膜保持完整,与基体有较好的结合。高温氧化前后物相均为γ-Al2O3和少量的α-Al2O3,但是氧化后的膜层中出现了少量的Rutile-TiO2。阴极微弧沉积方法在TiAl合金表面制备的Al2O3膜能够有效地提高基体在900℃时的抗氧化性能。     

抗氧化C/C复合材料超高温氧化性能分析

通过在C/C复合材料内部引入难熔金属化合物,制备出一种超高温抗氧化C/C复合材料。采用高频等离子体风洞对材料进行了超高温氧化试验。结果表明超高温抗氧化C/C复合材料的抗氧化性能较纯C/C复合材料有明显提高,通过其表面形貌及断口面扫描电镜分析,难熔金属化合物起到氧化阻挡层和内部涂层作用。     

C/C—SiC复合材料的制备与性能

采用化学气相渗透（CVI）法和液相浸渍有机物先驱体混合工艺制备了C／C－SiC复合材料，并对复合材料力学性能、抗烧蚀性能和抗氧化性能进行表征。结果表明：制备的C／C－SiC复合材料在基本保证C／C复合材料力学性能的基础上，抗氧化和抗烧蚀性能得以大幅度提高，提出了制备兼具C／C复合材料与陶瓷材料的技术途径。     

SiBCN 陶瓷的抗氧化性能

通过聚合物前驱体热解方法制备了SiBCN陶瓷,对其在1 200℃空气条件下的抗氧化性能进行了研究,并与前驱体法制得的SiCN陶瓷进行了比较。结果表明,SiBCN陶瓷经氧化10 h后样品氧化增重只有0.35%,并且样品中没有裂纹的出现,表现出良好的抗氧化性能。而同样条件下SiCN陶瓷氧化增重达到3.1%,样品出现裂纹。样品表面元素组成分析表明,SiBCN陶瓷表面氧化物主要以SiO2形式存在,而SiCN陶瓷表面主要以SiOx(x<2)存在。     

C/C复合材料抗氧化研究进展

结合国内外近年的研究报道，分别对抗氧化涂层技术以及基体改性技术进行了介绍。重点阐述抗氧化涂层的基本要求、各涂层体系及制备方法。提出了对于C／C复合材料高温氧化保护研究方向的一些看法，阐明了其发展趋势及前景。     

活性添加剂B、Cr对C/C-SiC复合材料性能的影响

在采用“化学气相沉积和液相浸渍有机物先驱体”混合工艺制备C／C－SiC复合材料的基础上，在陶瓷先驱体中分别添加B，Cr填料，制备多组元材料，并分析添加剂B，Cr对C／C－SiC复合材料性能的影响。研究结果表明，添加剂Cr能提高复合材料的弯曲强度约40％，但抗氧化性能和抗烧蚀性能却有所下降；添加剂B不仅能提高复合材料的弯曲强度，且在500℃－1000℃范围内改善了复合材料的抗氧化性能，其抗烧蚀性能也明显提高。     

ZrB2 / C 复合材料的微观结构与高温氧化机理

在碳基体材料中添加ZrB2抗烧蚀组元,经过热压固化成型、炭化处理制得改性碳基复合材料。经过1 500℃静态抗氧化实验后,对比发现添加ZrB2的复合材料抗氧化能力得到提高。通过SEM观察发现ZrB2在高温下被氧化形成致密保护层,能有效阻止氧气扩散进入碳基体。通过热力学计算进一步分析了碳基复合材料在制备和高温氧化过程中的化学反应机理。     

C/C复合材料1 800℃抗氧化涂层探索研究

提出并制备了可以应用于1 800℃的抗氧化涂层体系,固渗法制备SiC内层,料浆涂刷法制备高温氧化物釉层和硼硅化物釉层.经扫描电镜分析涂层形貌及电子能谱分析其组成,发现C/C复合材料基材结构完整,没有发生次表面氧化.试验结果表明氧乙炔焰烧蚀20 s后,失重为0.06%;1 800℃自然对流氧化试验条件下,氧化物釉层30 min的平均失重速率为0.06g/(m2·s);硼硅化物釉层60min的平均失重速率为0.2g/(m2·s).说明涂层体系在1 800℃具有良好的抗氧化能力.     

包渗法制备Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2-SiC-Si防氧化涂层

采用包渗法制备了Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2-SiC-Si防氧化涂层,研究了渗层同埋粉关系,包渗时间对包渗结果的影响,并对涂层防氧化性能进行了分析,结果表明：包渗法制得的涂层致密,无裂纹,涂层起到了良好的防氧化作用,1400度在空气中氧化1h后试样的质量保留率为94．1％,保留强度为294．0MPa。     

V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-22Ti-12Si三元以及三种不同V,Al含量的Nb.Ti-Si-V-Al五元Nb-Si合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能.结果表明:V,Al的加入促进了反应Nb3Si→Nb Nb Nb5Si3,使合金相组成由Nb Nb3Si转变成为Nb Nb5Si3,从而增加了合金中Nb相体积分数;合金的抗氧化性能随V,Al含量的增加而提高;V,Al的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量.Nb-21.9 Ti-11.9Si-4.4V-4.1Al经过1250℃/50h氧化后金属损失厚度仅为0.1mm.     

合成高密度燃料的氧化安定性及贮存寿命预测

利用升温加速氧化的方法，在130℃－170℃的范围内，测定了新型人工合成高能量密度燃料HDF－1中抗氧化添加剂，2，6－二叔丁基对甲酚（BHT）的消耗速率，通过动力学数据的拟合，得出HDF－1燃料中BHT的消耗动力学方程，从而，预测了HDF－1在常温下的贮存寿命不短于25年。