本文關(guān)鍵詞：γ-TiAl雙輝等離子滲鉭工藝及改性層性能研究

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【摘要】：與傳統(tǒng)高溫合金相比,γ-Ti Al具有密度低,比強度、比模量相對較高的優(yōu)勢,被公認為最有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但是γ-Ti Al在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,并且在強還原性介質(zhì)中會發(fā)生嚴重的局部腐蝕或全面腐蝕,這些缺陷限制了其應用。本課題提出采用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù),在γ-Ti Al表面制備鉭改性層,顯著提高其抗高溫氧化及耐蝕性能。經(jīng)過正交實驗獲得最佳工藝參數(shù),所制備的Ta改性層厚度約為25μm,與基體結(jié)合良好,結(jié)合力達到60N。表面改性層主要物相為α-Ta,并且表面顯微硬度達到415.36HV0.3。Ta改性層的納米硬度達到448.4DHT115,相對于基體有明顯的升高,彈性模量為2.29×105Mpa,相對于基體明顯降低說明具有較好的變形能力以及較好的抗塑性變形的能力。Ti Al基體與Ta改性層的高溫抗氧化性能測試實驗分別在750℃、800℃和850℃下進行。Ti Al合金滲Ta后試樣表面的氧化產(chǎn)物以Ta2O5、Al Ta O4等混合氧化物為主,氧化膜堆積致密無孔洞,氧化動力學曲線基本符合Wagner拋物線氧化規(guī)律,合金的抗氧化性能得到提高。電化學腐蝕實驗分別在10wt%和20wt%HCl溶液及10wt%和40wt%H2SO4溶液中進行,結(jié)果表明Ta改性層表面形成的Ta2O5膜具有優(yōu)越的耐腐蝕能力,能有效阻止Cl-的進入,并且具有一定粘附作用,可以使原本松散的Ti O2鈍化膜保持完整連續(xù),因此其抗腐蝕性能得到提高。熔鹽腐蝕實驗表明,改性層表面形成一層堅固的β-Ta2O5與Al Ta O4復雜氧化物保護膜,擁有良好的熱穩(wěn)定性以及耐腐蝕性能,從而很好的保證了氧化膜的完整性和保護性,能有效地阻止硫、氯和氧元素的入侵,提高了改性層的耐腐蝕性。
【關(guān)鍵詞】：雙層輝光等離子滲金屬技術(shù) Ta改性層 高溫氧化 電化學腐蝕 熔鹽腐蝕
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.445
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 鈦及鈦基金屬間化合物的應用11-14
• 1.1.1 鈦11
• 1.1.2 鈦基金屬間化合物11-12
• 1.1.3 鈦鋁金屬間化合物的應用及存在問題12-14
• 1.2 鉭及鉭合金的發(fā)展狀況14-15
• 1.3 鈦鉭合金的發(fā)展15-16
• 1.4 制備鉭涂層的表面技術(shù)16-18
• 1.4.1 化學氣相沉積16-17
• 1.4.2 等離子噴涂17
• 1.4.3 磁控濺射17
• 1.4.4 離子注入17-18
• 1.4.5 多弧離子鍍18
• 1.5 課題的提出和研究內(nèi)容18-20
• 1.5.1 課題的提出18-19
• 1.5.2 研究內(nèi)容19-20
• 1.6 課題的可行性分析20-22
• 第二章 實驗材料、設備及方法22-29
• 2.1 實驗材料及設備22-24
• 2.1.1 實驗材料22
• 2.1.2 實驗設備22-24
• 2.1.3 實驗操作過程24
• 2.2 性能組織表征24-25
• 2.3 氧化實驗方案25-26
• 2.3.1 測試標準25
• 2.3.2 氧化前處理25
• 2.3.3 實驗過程25-26
• 2.3.4 檢測與分析26
• 2.4 腐蝕實驗方案26-27
• 2.4.1 電化學腐蝕實驗26-27
• 2.4.2 熔鹽腐蝕實驗27
• 2.5 技術(shù)路線圖27-29
• 第三章 TiAl合金表面等離子滲Ta試驗研究29-38
• 3.1 γ-TiAl表面等離子滲Ta工藝方案29-33
• 3.1.1 處理溫度對Ta改性層的影響30-31
• 3.1.2 氣壓對Ta改性層的影響31-32
• 3.1.3 保溫時間對Ta改性層的影響32-33
• 3.1.4 最佳工藝參數(shù)的確定33
• 3.2 最佳工藝制備的鉭改性層的組織結(jié)構(gòu)、成分與力學性能33-37
• 3.2.1 最佳工藝制備的改性層的組織與成分33-35
• 3.2.2 顯微硬度測試35
• 3.2.3 納米壓入測試35-36
• 3.2.4 結(jié)合力測試36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 Ta改性層高溫氧化性能研究38-50
• 4.1 金屬高溫氧化機理概述38-40
• 4.1.1 高溫氧化定義38-39
• 4.1.2 金屬高溫氧化熱力學分析39
• 4.1.3 金屬高溫氧化動力學分析39-40
• 4.2 750℃氧化實驗結(jié)果與分析40-43
• 4.2.1 氧化動力學曲線40-41
• 4.2.2 氧化膜表面形貌及成分分析41-43
• 4.3 800℃氧化實驗結(jié)果與分析43-45
• 4.3.1 氧化動力學曲線43-44
• 4.3.2 氧化膜表面形貌及成分分析44-45
• 4.4 850℃氧化實驗結(jié)果與分析45-48
• 4.4.1 氧化動力學曲線46
• 4.4.2 氧化膜表面形貌及成分分析46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第五章 Ta改性層耐腐蝕性能研究50-75
• 5.1 金屬的腐蝕50-51
• 5.1.1 金屬腐蝕的概念50
• 5.1.2 金屬腐蝕的形式50-51
• 5.2 電化學腐蝕測試51-70
• 5.2.1 電化學法51-54
• 5.2.2 Ta改性層和TiAl基體在 10wt%HCl溶液中的電化學測試結(jié)果54-58
• 5.2.3 Ta改性層和TiAl基體在 20wt%HCl溶液中的電化學測試結(jié)果58-62
• 5.2.4 Ta改性層和TiAl基體在 10wt%H2SO4溶液中的電化學測試結(jié)果62-66
• 5.2.5 Ta改性層和TiAl基體在 40wt%H2SO4溶液中的電化學測試結(jié)果66-70
• 5.3 熔鹽腐蝕試驗70-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 結(jié)論75-77
• 參考文獻77-84
• 致謝84-85
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文85

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