γ-TiAl辉光等离子Cr-W总共渗层的组织结构与性能研究

摘要

TiAl基合金具有低密度、高比强度和比弹性模量的特点，同时能够在高温下保持较高的强度和刚度，这使其在航空发动机、工业汽轮机领域具有重要的应用前景。然而，耐磨性能较差和高温抗氧化性能不足的缺陷限制了该类合金的应用。
　　针对以上问题，本文采用双层辉光等离子表面渗金属技术，在γ-TiAl表面制备Cr-W共渗合金层，以满足γ-TiAl耐磨性和抗高温氧化性能的要求。应用光学显微镜（OM），扫描电镜（SEM），能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析合金层的显微组织、化学成分及其物相组成，采用401MVA型维式硬度仪测试合金层的显微硬度，采用WS-2006型划痕仪测试合金层与基体间的结合力，运用高温摩擦仪测试合金层在室温和高温（500℃）下的摩擦磨损性能，同时在电阻炉中进行恒温氧化试验对合金层在不同温度下的抗高温氧化能力进行评价。
　　试验结果表明：（1）在优化的工艺参数下，在γ-TiAl基合金表面可获得理想的Cr-W合金层。合金层成分由表层向基体内部呈梯度分布，合金层与基体结合良好，为冶金结合。（2）Cr-W合金层硬度为648.8HV0.1，约为基体硬度的两倍。摩擦磨损试验表明，室温与高温摩擦条件下，Cr-W合金层均表现出优异的耐磨性，提升了γ-TiAl合金的耐磨性能。（3）高温氧化试验表明，在750℃、850℃及950℃时，Cr-W合金层的氧化增重均小于γ-TiAl合金，合金层表面形成致密氧化膜，改善了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。

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图表清单

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表面改性研究

1.4 TiAl基合金耐磨性研究进展

1.5 TiAl基合金的抗高温氧化性研究进展

1.6 双层辉光等离子冶金技术

1.7 课题的研究背景及主要研究内容

第二章 试验材料及试验方法

2.1 等离子渗Cr-W 试验

2.2 合金层力学性能测试及摩擦磨损实验

2.3 氧化试验方案

2.4 技术路线图

第三章 TiAl基合金表面等离子渗Cr-W工艺研究

3.1 最佳工艺参数的确定

3.2 Cr-W合金层组织形貌和成分

3.3 本章小结

第四章 等离子表面合金层力学性能及摩擦磨损性能的研究

4.1 前言

4.2 合金层的力学性能分析

4.3 划痕法测量合金层渗层与基体结合力

4.4 常温下Cr-W共渗改性层的摩擦磨损性能

4.5 500℃下Cr-W共渗改性层的摩擦磨损性能

4.6 本章小结

第五章 等离子表面合金层的高温氧化性能研究

5.1 前言

5.2 氧化膜中应力的产生和释放

5.3 欲渗元素的氧化机理

5.4 高温氧化试验结果

5.5 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