氮掺杂钛合金表面微弧氧化性能及机制分析

通过离子束辅助沉积在钛合金表面制备TiN膜层,以Na3PO4为电解液,在不同浓度条件下,采用微弧氧化法对钛合金表面进行氧化,以提高钛合金表面的硬度.X射线和元素成分分析表明当Na3PO4浓度增加至0.03mol/L时,钛合金表面所形成薄膜晶相为含氮元素的锐钛矿和金红石混合晶相.和已有的报道相比,有着较好的硬度.     

表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响

为了研究不同表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响,采用激光毛化、Na OH阳极氧化两种表面处理工艺在不同参数下对TB8钛合金进行表面处理,并分析其表面形貌;然后将表面处理后的TB8钛合金试样与复合材料胶接,采用90°剥离试验进行剥离强度对比研究。结果表明:激光毛化和Na OH阳极氧化均可提高TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度;经过60A-1ms-3Hz-270mm/min激光毛化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到4.20N/cm;经过10V-20min Na OH阳极氧化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到5.99 N/cm。     

Ti6Al4V合金微弧氧化陶瓷膜的组织结构研究

采用微弧氧化技术在钛合金表面成功制备出膜厚约100μm的致密陶瓷膜以提高钛合金的耐磨性.SEM结果表明,陶瓷膜完整连续,与基体呈犬牙状牢固结合.XRD衍射结果表明:陶瓷膜主要由金红石型二氧化钛和Al2TiO4晶体相组成.显微硬度结果表明钛合金微弧氧化陶瓷膜的显微硬度为862HV而基体合金硬度仅为412HV,陶瓷膜的硬度远远高于基体合金的显微硬度.摩擦磨损试验表明,镀膜的钛合金磨损量远小于不镀膜钛合金的磨损量,陶瓷膜能提高基体的摩擦磨损性能.     

阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其粘结性能的影响

采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化,研究阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其与环氧树脂粘结性能的影响。采用SEM、XRD和EDS分析了阳极氧化膜的微观形貌和晶体结构,采用角接触测量仪和三维视频显微镜分别对阳极氧化膜的表面润湿性和粗糙度进行测量。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。结果表明:采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化处理,氧化时间为15 min,电压为1~30 V时,能够在钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜;氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO₂混合晶体组成,其表面具有微纳多孔的粗糙结构;随着厚度的增加,阳极氧化膜对水的润湿性能逐渐增强。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%;粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。     

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。     

高温氧化对粉末高温合金微观结构和疲劳性能影响研究

为了探究涡轮盘用粉末高温合金表面氧化对其低周疲劳性能的影响，分别针对第三代镍基粉末高温合金的粗晶(Coarse grain,CG)和细晶(Fine grain,FG)材料开展氧化时间对其疲劳性能影响机理的研究。通过在700℃空气环境下开展不同时长的高温预氧化实验和低周疲劳(Low-cycle fatigue,LCF)实验，使用SEM和EDS表征LCF断口、表面氧化层结构成分及其强化相形貌变化，揭示LCF裂纹萌生机理。实验结果表明，氧化层厚度随氧化时间而增加，氧元素以氧化侵入的形式进入基体；相同氧化时间下，CG抗氧化性能优于FG；疲劳裂纹萌生于氧化侵入和亚表面夹杂物等应力集中部位，在实验温度下LCF寿命受氧化作用和夹杂物共同影响；高温氧化作用下氧化层呈现分层结构，外层为NiO，中间层为含有Cr₂O₃,TiO₂等复杂氧化物及尖晶石相(NiCr₂O₄)的混合层，内层为Al₂O₃;CG二次γ’相氧化后平均尺寸增加，FG二次γ’相平均尺寸没有明...     

铝铜铁准晶抗高温氧化行为的研究

利用真空非自耗电弧炉制备了 Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5合金。采用 X射线 ,扫描电镜及热重方法对Al-Cu-Fe准晶的结构及恒温氧化行为进行了分析。研究结果表明 :Al-Cu-Fe准晶具有优良的抗氧化性。原因是氧化使铝元素向准晶表面扩散并富集 ,形成一层薄而致密的 Al2 O3氧化膜 ,从而延缓了氧化速度。在 80 0℃下 ,Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5准晶的氧化动力学符合抛物线规律。首次原位观察了 Al-Cu-Fe准晶在等温氧化过程中形貌变化 ,发现在 70 0℃和 80 0℃氧化时 Al-Cu-Fe准晶表面具有明显不同。通过等温氧化增重实验定量比较了 Al6 2 .5Cu2 5Fe1 2 .5准晶粉末与其它 Al-Cu-Fe系晶体合金的抗氧化性能 ,结果表明 Al-Cu-Fe准晶相抗氧化性能最好 ,说明准晶结构对其氧化行为具有重要影响     

TC4钛合金微弧氧化膜结构对化学镀Ni-P镀层结合性能的影响

在TC4钛合金上制备微弧氧化不同时间的氧化膜,然后进行化学镀Ni-P镀层,利用SEM、涂层附着力自动划痕仪和热震试验,研究不同微弧氧化膜结构对钛合金化学镀Ni-P镀层结合性能的影响.结果表明:随着微弧氧化时间的增加,微弧氧化膜表面的粗糙度增大,表面微孔逐渐变大,孔口先变成敞开形式然后慢慢缩合,最后变成凹槽状.微弧氧化时...     

TC4钛合金胶接前表面制备工艺研究

本文介绍了国外对钛合金胶接前表面制备方法的研究;制定了TC4钛合金胶接前表面制备工艺;讨论了酸洗和化学氧化溶液中各组分的作用,并对氧化溶液各组分含量和工艺条件等因素对TC4钛合金胶接性能的影响进行了初步分析。     

钛合金阳极氧化膜的XPS研究

利用XPS分析了TCA钛合金经阳极氧化处理后,表面氧化膜的成分和结构及其随深度的变化.研究表明,钛合金阳极氧化膜表面为单一的TiO_2,并以晶态和非晶态的形式存在于氧化膜中.随着氧化膜厚度的增加,内部氧化越来越不充分,TiO_2的含量减少,并逐渐出现Ti:O_3、TiO;并且阳极氧化处理明显增厚了表面氧化膜.     

飞机钛合金构件热损伤检测试验

为准确检测和修理飞机钛合金构件的热损伤,选用TA4、TC9进行热损伤模拟试验,对材料在不同温度下的力学性能、电导率与加热温度的关系进行了分析。结果表明,TA4、TC9的强度、硬度和电导率随温度的上升呈单调变化趋势;硬度和电导率均可作为钛合金热损伤的检测参数。     

高性能钛合金粉末冶金技术研究

采用热等静压预合金粉工艺对Ti-6Al-4V钛合金粉末冶金技术进行了研究，同时就原料粉状态对粉末钛合金性能的影响进行了初步研究，并进行了近净形成型工艺试验。结果表明，采用预合金粉工艺制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金材料性能良好，且可实现近净形成型；这说明预合金粉工艺在制备高性能、低成本钛合金部件方面有良好的应用前景。     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。     

SiCp含量及缓蚀剂对SiCp／Al金属基复合材料腐蚀行为的影响

研究了ZL101A铝合金及以其为基体含5vol%,10vol%,15vol%和20voll%SiCP的SiCP/Al金属基复合材料在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,通过添加钼酸钠、硅酸钠等缓蚀剂在3.5%NaCl溶液中,将SiCP/Al金属基复合材料在室温下浸泡一定的周期,采用失重法和SEM技术分别计算腐蚀速率和分析腐蚀后的微观组织形貌.试验结果表明SiCP颗粒增强物的加入对SiCP/Al金属基复合材料腐蚀速率影响不大,甚至略有降低,SiCP改变了铝合金基体表面腐蚀的形核和发展,点蚀数量增加、深度变浅.添加缓蚀剂后,抑制了SiCP/Al金属基复合材料表面点蚀的形成,与钼酸钠缓蚀剂相比,硅酸钠具有良好的缓蚀作用,当SiCP颗粒增强物的含量达到15vol%和20vol%时,缓蚀剂的缓蚀效果明显下降.     

湿喷丸处理Ti-6Al-4V合金微动磨损行为影响

采用湿喷丸技术对Ti-6Al-4V合金进行表面强化处理,研究了部分滑移、混合滑移和完全滑移等不同状态下钛合金样品的微动磨损行为,从微动状态角度探讨喷丸强化对钛合金微动磨损行为的影响规律。试验结果显示,喷丸处理对于完全滑移状态下Ti-6Al-4V合金的微动磨损行为影响较小;而在混合滑移状态时,喷丸处理使得微动磨痕的塑性变形积累区消失,有效抑制局部疲劳损伤造成的微裂纹萌生。这是因为喷丸引入加工硬化作用使材料表层局部强度提高,进而改善局部疲劳损伤。     

TC4钛合金与多层TiN/Ti涂层的砂尘冲蚀损伤试验

建了砂尘冲蚀试验系统,采用粒子成像测速方法获得了气体压力和砂尘速度之间的关系,并在砂尘质量浓度为28.91g/m3,速度为80m/s,冲蚀角度为30°的条件下,对TC4钛合金和多层TiN/Ti涂层进行了冲蚀试验.结果表明:TC4钛合金抗冲蚀损伤能力较差,平均质量损失率达0.7mg/min.多层TiN/Ti涂层可承受砂尘冲蚀200min以上,且TiN/Ti调制比为1:3涂层的抗冲蚀能力优于调制比为1:1的涂层.砂尘粒子垂直冲击速度分量引起的微区剥落是涂层冲蚀损伤的主要原因,增加多层涂层韧性是提高其抗冲蚀性能的关键.      

TC4钛合金腐蚀加工速度和表面质量影响因素研究

研究了腐蚀溶液成分和工艺参数对TC4钛合金腐蚀加工速度、表面粗糙度和平整度的影响,利用扫描电镜观察了腐蚀加工前后的表面形貌.研究结果表明:氢氟酸浓度和溶液温度直接决定着腐蚀加工速度,随HF浓度和温度的增加,腐蚀加工速度升高.硝酸具有显著降低表面粗糙度的作用.溶液中的钛离子对腐蚀加工速度以及钛合金零件腐蚀后的表面质量有一定的影响,溶液中钛离子含量较低时,腐蚀加工速度较快,表面平整度较好,随钛离子含量的增加,腐蚀加工速度下降,表面不平整度增加.试样垂直吊挂时,定时翻转并搅拌可以得到均匀腐蚀的表面.     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

激光选区熔化制备钛合金点阵材料无损表征

通过激光选区熔化制备BCC和DOD结构的钛合金金属点阵,使用Micro–CT对两种结构的钛合金点阵材料进行扫描和三维重建。Micro–CT图像清晰地显示金属点阵内部结构,BCC和DOD单胞整齐地以周期性进行排列,且内部存在少量圆形、椭圆形缺陷。通过将实际样品三维数据与CATIA数模进行比对,发现钛合金点阵在制备过程中出现一定程度翘曲。此外使用共聚焦显微镜并基于Micro–CT图像对BCC和DOD两种金属点阵进行表面粗糙度测定。结果表明,Micro–CT在钛合金点阵材料内部结构、缺陷、制备误差、粗糙度测试等表征方面具有显著的应用价值。