γ-TiAl合金Cr-Mo共渗合金层的制备与性能研究

摘要

钛合金在一定的气压、温度等工作条件下会发生氧化和燃烧,而且蔓延速度快,称之为“钛火”,限制了其在某些服役条件下的应用。针对以上问题,本文采用双层辉光等离子渗金属技术在?-TiAl合金表面进行Cr-Mo共渗,在其表面制备阻燃合金层。首先进行工艺研究,然后分析改性层的成分、组织,测试改性层的结合力和硬度,并重点研究常温和高温时摩擦磨损性能、抗高温氧化能力和阻燃性能。
　　经过正交实验,得出最佳工艺参数为:源极电压950V,阴极电压500V,气压48Pa,极间距18mm,保温时间3小时。在此条件下形成的表面改性层与基体为冶金结合,组织致密、均匀,厚度约为6μm。表面改性层主要由Al8Cr5、Al5Mo、TiCr和TiAl等物相组成,表面显微硬度显著提高,达到1053.4 HV0.1。
　　Cr-Mo共渗试样经过摩擦实验后,其摩擦系数、磨痕宽度、磨痕深度均低于TiAl基体试样,尤其是摩擦系数波动幅度显著减小,磨损失重远低于基体,耐磨性能得到较大程度的提高。
　　恒温氧化100小时后,TiAl基体表面的氧化产物是以TiO2为主的TiO2与Al2O3混合物,氧化物颗粒粗大,氧化膜疏松多孔,容易氧化;Cr-Mo共渗后试样的抗高温氧化性能得到一定程度的提高,氧化产物为Cr2O3、Al2O3、TiO2和少量的MoO3等,氧化膜堆积致密,保持完整,能有效阻止氧侵入基体。
　　激光点燃试验结果表明,Cr-Mo共渗试样起火燃烧的最小功率和激光点燃时的表面温度分布均大于TiAl基体,燃烧后共渗试样形貌破坏较为轻微,合金层的存在不利于燃烧蔓延,TiAl的阻燃性能得到了一定程度的提高。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 钛合金简介及应用

1.2 钛火及防护技术

1.3 阻燃钛合金的研究现状

1.4 双层辉光等离子表面冶金技术

1.5 课题的提出及可行性分析

第二章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料及设备

2.2 性能组织表征

2.3 磨损实验方案

2.4 氧化实验方案

2.5 阻燃试验方案

2.6 技术路线图

第三章 TiAl合金表面等离子Cr-Mo共渗试验研究

3.1 工艺参数的影响

3.2 合金层组织形貌与成分分析

3.3 合金层力学性能分析

3.4 本章小结

第四章 Cr-Mo共渗合金层的摩擦磨损性能研究

4.1 摩擦磨损机理概述

4.2 室温磨损实验

4.3 500℃高温磨损实验

4.4 本章小结

第五章 Cr-Mo共渗合金层的高温氧化性能研究

5.1 金属高温氧化机理概述

5.2 750℃氧化实验结果与分析

5.3 850℃氧化实验结果与分析

5.4 950℃氧化实验结果与分析

5.5 本章小结

第六章 Cr-Mo共渗合金层的阻燃性能研究

6.1 阻燃测试原理

6.2 测试方法

6.3 实验结果与分析

6.4 机理初步探究

6.5 本章小结

第七章 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