γ-TiAl双辉等离子W-Mo共渗工艺及改性层性能研究

摘要

γ-TiAl具有比强度高和耐蚀性好等特点，是在当代化工、航空航天和汽车等领域具有应用前景的材料之一，但是γ-TiAl的抗高温氧化性能与耐磨性能不足等缺陷限制了其应用。针对上述问题，本课题采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl表面制备W-Mo改性层，并制备渗Mo改性层和渗W改性层作为对比，探究其高温氧化行为和摩擦磨损机理。
　　通过改变各工艺参数进行正交试验探索，得到的最佳工艺参数为：保温时间3h，气压35Pa，极间距20mm，源极电压850V，阴极电压500V。最佳工艺参数下制备的W-Mo改性层表面致密，厚度约9μm，与γ-TiAl结合良好，结合力为74N。W-Mo改性层表面主要由W相和Mo相组成。W-Mo改性层的显微硬度平均值为853.2HV0.1，约为γ-TiAl的2.8倍，纳米硬度10.337GPa，弹性模量282GPa。
　　通过恒温氧化试验对比探究γ-TiAl基体、渗Mo改性层、渗W改性层和W-Mo改性层在750℃、850℃和900℃下的抗高温氧化性能。W-Mo改性层在750℃与850℃的氧化产物主要为MoO2、MoO3、WO3、Al2O3和TiO2，其表面氧化膜结构致密，与γ-TiAl结合良好。900℃下的氧化产物为MoO3、WO3、Al2O3和TiO2，表面晶粒呈球状，内部以棉絮状向外生长，底部组织仍然连续致密，并且氧化增重最小，为4.6324mg/cm2，约为γ-TiAl的21.47％，能够有效提高γ-TiAl的抗高温氧化性能。
　　通过往复式摩擦磨损试验对比探究γ-TiAl基体、渗Mo改性层、渗W改性层和W-Mo改性层在不同的滑动速度和载荷下的耐磨性。结果显示，W-Mo改性层结合渗Mo改性层的润滑作用和渗W改性层优越的耐磨性能，其摩擦系数相对最小，约为0.45。W-Mo改性层的体积磨损量为0.0051mm3，比磨损率为0.1487×10-4·mm3·m-1，约为γ-TiAl的8.32%，磨损机制是轻微的磨粒磨损，W-Mo改性层可以有效的提高γ-TiAl的耐磨性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 金属间化合物

1.2 TiAl基金属间化合物

1.3 TiAl基合金高温氧化性能研究进展

1.4 TiAl基合金耐磨性能研究进展

1.5 双层辉光等离子表面冶金技术

1.6 课题的提出和可行性分析

第二章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料及设备

2.2 合金层形貌组织及力学性能表征

2.3 高温氧化试验方案

2.4 摩擦磨损实验方案

2.5 技术路线图

第三章 γ-TiAl双辉等离子W-Mo共渗工艺试验研究

3.1 γ-TiAl双辉等离子W-Mo共渗工艺参数优化

3.2 改性层的形貌与成分分析

3.3 W-Mo改性层力学性能测试

3.4 本章小结

第四章 W-Mo改性层的高温氧化行为研究

4.1 金属的高温氧化机理概述

4.2 W与Mo在γ-TiAl晶胞中的占位倾向分析

4.3 750℃氧化实验结果与分析

4.3 800℃氧化实验结果与分析

4.4 900℃氧化实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 W-Mo改性层的摩擦磨损行为研究

5.1 材料的摩擦磨损

5.2 速度因素对W-Mo改性层摩擦行为的影响

5.3 载荷因素对W-Mo改性层摩擦行为的影响

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文