Corrosion mechanism investigation of TiN/Ti coating and TC4 alloy for aircraft compressor application

It is imperative to develop multifunctional erosion and corrosion resistant coatings for compressor blades of aircraft engines in harsh environment. PVD (Physical Vapor Deposition) technology has the advances in processing erosion-resistant coatings; however, the performance of PVD coatings to combat corrosion depends on various coating defects. Determining and comparing the corrosion performances of PVD TiN/Ti coating and uncoated TC4 alloy was the main objective of present work. The 960 h salt spray corrosion and 116 h hot corrosion tests were conducted to simulate the grounding and working environments of the aircraft compressors. The corrosion mechanisms due to the coating defects such as pinhole, columnar boundary and large grain were analyzed based on the OM, Confocal microscope, electrochemical measurements, SEM, XRD and EDS results. Owing to the disordered state associated with the columnar boundary and the coating defect, nitrogen could be easily replaced by oxygen in the hot corrosion process, these structures were channels for fast diffusion of oxygen. Moreover, the Gibbs energy changes of Ti oxidation and TiN oxidation were thermodynamically calculated according to the working condition of aircraft compressors, and considerable research effort was focused on mapping out the phase diagram of Ti, TiN and high pressure gases. The findings of this research can provide insights into developing multifunctional coatings for future aircraft engines.     

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.      

TiN膜离子注入与沉积工艺研究

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层.用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌.对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著.     

镁合金AZ91表面弧辉等离子沉积TiN/CrN薄膜的摩擦行为研究

镁合金具有高的比强度、低的弹性模量、减震等优点,在航空航天领域具有很大的应用前景.但是低劣的耐磨性导致镁合金限制于制造静载零件.为改进其耐磨性,采用弧辉等离子沉积的新工艺在镁合金AZ91表面涂覆TiN/CrN多层薄膜.薄膜由12层TiN和CrN交替沉积而成,总厚度为2 μm.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱(GDS)分析涂层的成分和微观结构.采用球盘磨损试验测试摩擦系数,并计算出比磨损率.结果表明,与未处理试样相比摩擦系数增大,但磨损率急剧下降.薄膜的表面硬度超过HK0.011433.     

化学气相沉积TiN薄膜及其耐磨性能

 采用化学气相沉积的方法制备TiN薄膜,以提高K3镍基高温合金的耐磨性能。以TiCl4 和NH3为反应气体,用化学气相沉积法(CVD) 在K3镍基高温合金基体上制备了一系列不同温度和沉积时间的TiN 薄膜。结果表明,与基体相比,沉积TiN薄膜的样品耐磨性能有显著提高。当沉积温度不变时,TiN薄膜耐磨性能随沉积时间的延长先提高后降低;当沉积时间不变时,薄膜的耐磨性能随沉积温度的升高而提高。化学气相沉积法制备TiN薄膜的最佳工艺条件为600 ℃/60 min。     

离子镀TiN膜层扩散壁障作用的试验研究

利用离子镀方法在基体与耐热涂层之间予先沉积一层ＴｉＮ膜层，作为扩散壁障（中间阻挡层），进行了高温阻扩散试验研究，并应用光镜、电镜、Ｘ射线衍射仪及电子探针等手段对试样氧化区域进行了分析。结果表明，有ＴｉＮ中间层试样、其高温抗氧化性明显提高，ＴｉＮ层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散作用；在本试验范围内，ＴｉＮ中间层厚度增加阻扩散效果增强。     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

燃烧合成TiN陶瓷

采用燃烧合成工艺制备ＴｉＮ陶瓷件。压坯由７０μｍＴｉ加１５μｍＴｉＮ稀释剂经干压而成,孔隙率为４５％。压坯与８０ＭＰａＮ２反应合成ＴｉＮ陶瓷件。密度为理论密度的７５％。稀释剂为１５μｍ ＴｉＮ粉末,是由７０μｍＴｉ粉与８ＭＰａＮ２反应合成。对产物进行了ＸＲＤ相分析和ＳＥＭ微观组织分析。     

TiN/Ti强韧涂层在砂尘高速冲蚀下的失效机理

利用高速连续冲蚀试验系统,在不同的冲击角及供砂量下,对有无TiN/Ti强韧涂层的不锈钢试件进行了砂尘高速冲蚀试验,获得了试件的质量冲蚀率。采用扫描电镜(SEM)对涂层损伤表面及断面形貌进行观测与分析,研究TiN/Ti涂层在不同冲击条件下的失效机理。结果表明:TiN/Ti涂层质量冲蚀率随冲击角及供砂量的增加而增加。在低冲击角下,砂尘粒子的切削作用是导致涂层材料剥落的主要原因;高冲击角下,砂尘冲击引起的裂纹萌生及扩展致使涂层材料块状破碎而剥落。TiN/Ti涂层显著提高了不锈钢的抗冲蚀性能,尤其是在低冲击角下。低冲击角下,涂层能将不锈钢的冲蚀性能提高约5倍;高冲击角下能提高约2倍。      

TiN薄膜微结构激光加工特性的研究

利用光纤激光加工系统研究了两个激光加工参数(扫描速度和激光功率)对TiN薄膜加工特性的影响,并采用白光干涉仪分析了两组参数对加工直线槽的槽深、堆积高度和槽底表面粗糙度的影响趋势,通过对比分析,优化了加工参数。结果表明光纤激光器在加工TiN薄膜微结构上存在着效率高、精度高的优势。