TiAl基合金等离子表面Cr-Si合金化及摩擦学行为的研究

摘要

TiAl基合金以其高的比强度，比模量，高温强度而成为具有广阔应用前景的航空用钛合金。
　　 但是航空用尤其是航空发动机用钛合金的服役条件对TiAl基合金耐磨性能以及高温抗氧化性能提出了较高的要求，因此，提高TiAl基合金耐磨性能尤其是高温耐磨性能，同时兼顾其高温抗氧化性能已成为关键工程问题。
　　 针对TiAl基合金室温耐磨性不足，高温耐磨性差的问题，采用双层辉光离子渗金属技术在TiAl基合金表面Cr-Si 共渗，并制备出不同相结构的耐磨性合金渗层。
　　 通过工艺探索实验，得到制备优良渗层的工艺参数范围。在该范围内选择5种参数进行Cr-Si共渗实验。利用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),电子能谱仪(EDS),X 射线衍射仪(XRD)分别对合金渗层进行组织，物相，成分的测定；利用显微硬度计进行显微硬度测试，划痕试验仪进行结合力测试。在室温与高温(500 )℃条件下对合金渗层进行摩擦学性能研究，并进行高温抗氧化性能的研究。
　　 各Cr-Si 共渗合金层厚度均达到10 μ m 以上，表面硬度Hv0.1850 以上。合金渗层组成相中，均含有单质Si，Al-Cr 系化合物。Cr，Si 元素浓度在各合金渗层内均呈梯度分布，合金渗层与基体之间均实现了冶金结合。
　　 室温与高温摩擦学试验结果表明：较之原始TiAl基合金，Cr-Si 共渗合金渗层耐磨性尤其是高温耐磨性得到显著提高，高温相对耐磨性最高提高幅度达25.5 倍。高硬Ti5Si3 陶瓷层，内层强韧合金过渡层，单质Si 对氧化磨损的抑制均有助于耐磨性提高。合金渗层的高温抗氧化性能较原始TiAl基合金提高明显。