γ-TiAl合金表面溅射Al/Al2O3复合涂层的高温耐磨性能研究

摘要

TiAl系合金具有低密度、高比模量、高比强度、良好的抗蠕变能力和抗氧化性能等优点,这使其成为航空航天和汽车发动机耐热结构件极具竞争力的结构材料,但是其高温耐磨性能差,极大的限制了其应用范围。针对上述问题,本文采用射频溅射和反应溅射技术,在γ-TiAl合金表面制备Al/Al2O3复合涂层,以期能解决其高温磨损性能差的问题。
　　采用L9正交试验,得出制备Al/Al2O3复合涂层的最佳工艺参数:制备纯Al层的射频功率150W,工作气压0.3Pa,氩气流量40sccm,极间距30mm,时间3h;制备Al2O3陶瓷涂层的射频功率200W,工作气压0.3Pa,氧氩比50∶7,极间距30mm,时间3h。采用SEM、EDS、XRD分析复合涂层的显微组织、化学成分及相结构,研究其表面纳米硬度、弹性模量,以及涂层和基体之间的附着力和抗热震性能。研究Al/Al2O3复合涂层在不同载荷、转速和温度下的高温滑动磨损性能,以及不同风速、攻角和温度下的高温冲蚀磨损性能。
　　在最佳工艺参数下,γ-TiAl合金表面制备Al/Al2O3复合涂层的厚度约为20μm,由10μm纯Al层和10μm Al2O3陶瓷涂层组成。复合涂层表面纳米硬度和弹性模量分别为15243.076MPa和225.018GPa,是基体的1.5倍和2倍。涂层和基体之间的附着力约为40N,热震循环次数约为50次,两者结合良好。高温滑动磨损试验结果表明,不同条件下,Al/Al2O3复合涂层的摩擦系数曲线均较基体波动小,磨损体积和磨损率均有大幅度下降,明显提高基体的高温滑动磨损性能。高温冲蚀磨损试验结果表明,在小角度、低风速和低温度试验中,涂层抗冲蚀性能良好,明显地减少基体的冲蚀磨损率,其冲蚀模型为典型的脆性材料冲蚀模型。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 TiAl基合金

1.3γ-TiAl基合金的磨损性能研究现状

1.4溅射镀膜原理及特点

1.5课题的研究背景及研究内容

第二章 γ-TiAl合金表面Al/Al2O3复合涂层的制备

2.1引言

2.2实验设备

2.3实验材料

2.4实验流程图

2.5涂层制备操作过程

2.6实验原理

2.7最佳工艺参数

2.8本章小结

第三章 Al/Al2O3复合涂层组织结构及力学性能研究

3.1引言

3.2Al/Al2O3复合涂层的形貌及成分分析

3.3Al/Al2O3复合涂层的相结构分析

3.4Al/Al2O3复合涂层的纳米硬度测试

3.5Al/Al2O3复合涂层的结合力测试

3.6Al/Al2O3复合涂层的抗热震性能试验

3.7本章小结

第四章 γ-TiAl合金表面Al/Al2O3涂层高温滑动磨损研究

4.1引言

4.2磨损分类

4.3实验原理

4.4载荷因素对Al/Al2O3涂层高温滑动磨损行为的影响

4.5转速因素对Al/Al2O3涂层高温滑动磨损行为的影响

4.6温度因素对Al/Al2O3涂层高温滑动磨损行为的影响

4.7本章小结

第五章 γ-TiAl合金表面Al/Al2O3涂层高温冲蚀磨损研究

5.1引言

5.2冲蚀磨损模型分类

5.3实验原理

5.4角度因素对Al/Al2O3涂层高温冲蚀磨损行为的影响

5.5风速因素对Al/Al2O3涂层高温冲蚀磨损行为的影响

5.6温度因素对Al/Al2O3涂层高温冲蚀磨损行为的影响

5.7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