EB-PVD制备钛合金薄板渗铝及铝硅共渗研究

摘要

本文采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等对电子束物理气相制备(EB-PVD)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;通过循环氧化对制备态、渗铝及Al-Si共渗的钛合金薄板抗氧化性能进行研究。研究结果表明,制备态钛合金薄板相组成为α-Ti固溶体、衍射峰发生宽化、具有不对称性,其组织均匀致密、晶粒细化,为非平衡态组织。在600℃和620℃渗铝,渗层的相组成为Al3Ti,渗层与基体的界面清晰平整,但由于渗层Al3Ti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;在700℃渗铝,薄板被渗透,局部小范围内出现少量的富铝区域。Al-Si共渗,渗层的相组成为Al3Ti和Ti5Si3相,渗层与基体的界面清晰但不平整,在渗层中观察不到裂纹。通过真空热处理,渗层与基体之间发生互扩散,扩散区呈层叠状,随着热处理时间的延长和温度的挺高,扩散区逐渐变大,渗层的厚度逐渐变薄,最后消失;而且扩散区的各层之间的界面逐渐变为不平整。循环氧化50h后结果表明,制备态钛合金薄板在前30h氧化动力学曲线近似呈直线关系,在30h后出现剥落,表面氧化物主要由TiO2组成,氧化膜呈多孔状,抗氧化能力较差;而经渗铝和Al-Si共渗后,氧化动力学曲线呈抛物线关系,渗铝后的钛合金氧化产物为Al2O3和少量的TiO2;Al-Si共渗后的钛合金氧化产物为Al2O3、TiO2和SiO2混合物。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 钛合金的特点及应用

1.2.1 钛合金的特点

1.2.2 钛合金的应用

1.3 钛合金的高温氧化与防护

1.3.1 金属的高温氧化定义

1.3.2 高温氧化的基本过程与影响因素

1.3.3 钛合金的氧化特征

1.3.4 提高钛合金的抗氧化性的几个途径

1.3.5 钛合金抗氧化防护研究进展

1.4 钛合金渗铝技术

1.4.1 渗铝涂层形成条件

1.4.2 渗铝机理

1.4.3 渗铝涂层制备工艺

1.4.4 改性渗铝涂层

1.5 主要研究内容

第2章 材料的制备与实验方法

2.1 实验材料

2.1.1 钛合金薄板的制备

2.1.2 粉末包埋渗铝涂层

2.1.3 粉末包埋Al-Si涂层

2.2 真空热处理

2.3 试样的制备

2.4 组织结构分析

2.4.1 光学金相(OM)观察

2.4.2 X 射线衍射分析

2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)

第3章 EB-PVD制备钛合金薄板渗Al及Al-Si共渗渗层显微组织

3.1 EB-PVD制备钛合金薄板组织结构

3.1.1 制备态钛合金薄板显微组织

3.1.2 制备态钛合金薄板相分析

3.2 渗铝涂层的组织结构

3.2.1 600℃渗铝

3.2.2 620℃渗铝

3.2.3 700℃渗铝

3.2.4 渗铝层形成

3.3 Al-Si共渗涂层的组织结构

3.3.1 580℃Al-Si共渗

3.3.2 600℃Al-Si共渗

3.3.3 620℃Al-Si共渗

3.3.4 Al-Si 共渗层形成

3.4 扩散动力学

3.4.1 扩散时间对渗层厚度的影响

3.4.2 扩散温度对渗层厚度的影响

3.4.3 渗铝及Al-Si共渗扩散激活能的计算

3.5 本章小结

第4章 热处理过程中Al-Si共渗渗层组织演变

4.1 750℃热处理钛合金薄板显微组织

4.2 850℃热处理钛合金薄板显微组织

4.3 900℃热处理钛合金薄板显微组织

4.4 本章小结

第5章 EB-PVD制备钛合金薄板渗铝及Al-Si共渗处理高温氧化行为

5.1 循环氧化动力学

5.2 表面氧化物形貌及相组成

5.2.1 表面氧化物形貌

5.2.2 表面氧化物相结构

5.3 截面氧化物形貌

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢