TiBw-TC4復(fù)合材料等離子噴涂CoCrAlYTaSi-TiB2抗氧化涂層研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TG454學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.791密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文TiBwTC4復(fù)合材料等離子噴涂CoCrAlYTaSiTiB2抗氧化涂層研究碩士研究生：戎旭東導(dǎo)師：黃陸軍教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2016年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要鈦基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度高等特點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航

2、空航天等領(lǐng)域。然而由于鈦合金及鈦基復(fù)合材料化學(xué)活性較高，當(dāng)使用溫度超過(guò)600℃時(shí)極易被腐蝕和氧化。本文為了提高鈦基復(fù)合材料高溫抗氧化性能及使用溫度，通過(guò)大氣等離子噴涂的方式在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBwTC4復(fù)合材料表面噴涂CoCrAlYTaSiTiB2復(fù)合粉末。本文首先優(yōu)化了等離子噴涂工藝，對(duì)涂層表面及側(cè)截面組織形貌、界面結(jié)合強(qiáng)度及涂層表面氣孔率進(jìn)行了表征。分別在700℃、800℃及900℃下對(duì)基材及涂層進(jìn)行了高溫氧化試驗(yàn)，對(duì)其氧化動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行

3、擬合并計(jì)算了氧化速率。最后對(duì)氧化后涂層及基材進(jìn)行了物相分析及組織成分分析，結(jié)果表明涂層的存在可以有效提高基材抗氧化性能。以涂層基材界面結(jié)合強(qiáng)度及涂層氣孔率為技術(shù)指標(biāo)，對(duì)等離子噴涂?jī)?yōu)化工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的噴涂功率為27.5~33kW，噴涂距離為90~130mm，涂層厚度應(yīng)小于250μm。通過(guò)加入TiB2陶瓷相制備CoCrAlYTaSiTiB2混合粉末可以有效提高界面結(jié)合強(qiáng)度，并降低涂層表面氣孔率至4.67%。依據(jù)TC4合金與TiB耐蝕性

4、不同，選擇腐蝕粗化表面的方法，腐蝕時(shí)間控制在15~20s之間，經(jīng)腐蝕可以在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiBwTC4復(fù)合材料表面獲得裸露的TiB晶須，其尺寸約為3μm，直徑約為0.8μm。經(jīng)等離子噴涂后，涂層基材界面結(jié)合強(qiáng)度約為26.85MPa。因此針對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料，采用腐蝕工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴砂工藝，同樣可以起到粗化基材表面的作用。對(duì)涂層進(jìn)行組織形貌分析可知，涂層內(nèi)部存在四類典型的相，分別為γ（Co，Cr）固溶體、富鋁β（Co，Cr）Al相、TaC陶

5、瓷相及Al2O3相。存在三種典型的燒結(jié)區(qū)域，分別為固態(tài)燒結(jié)區(qū)、液相燒結(jié)區(qū)和完全熔化區(qū)?；姆謩e經(jīng)700℃、800℃和900℃高溫氧化后，基材表面形成Al2O3、TiO2等氧化物，氧化增重分別達(dá)到10.5mgcm2、14.8mgcm2、24.5mgcm2。由氧化動(dòng)力學(xué)分析可知，該溫度下基材始終處于不穩(wěn)態(tài)氧化階段，表面形成的氧化膜不具備保護(hù)性。涂層分別經(jīng)700℃、800℃、900℃氧化100h后，氧化增重分別為2.47mgcm2、4.06m