表面涂層TiAl基合金抗高溫氧化性能研究.pdf

1、TiAl基合金密度低，比強(qiáng)度和比剛度高，是航空、航天飛行器理想的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。其室溫塑性差已通過添加合金元素和調(diào)控顯微組織等手段基本得到解決，進(jìn)一步提高其高溫抗氧化性能已成為需要重點(diǎn)研究和解決的問題之一。 本文分別采用固體粉末滲硅法和溶膠—凝膠旋涂硅膜法在TiAl合金表面獲得復(fù)合滲層和復(fù)合涂層，并分別在900℃高溫靜態(tài)空氣中進(jìn)行循環(huán)氧化試驗。此外，對滲硅復(fù)合層進(jìn)行強(qiáng)氣流沖擊條件下循環(huán)氧化試驗。采用X射線衍射(XRD)、掃描電

2、鏡(SEM)和能譜XEDS等分析方法，分別對滲層和涂層的組織結(jié)構(gòu)特征、形成機(jī)理及抗氧化性能進(jìn)行研究。 研究結(jié)果表明：在真空條件下，將TiAl試樣包埋于1.5％Si+85％Al<,2>O<,3>固體粉末中加熱到1250℃保溫2h滲硅后，TiAl表面獲得Ti<,5>Si<,3>+Al<,2>O<,3>復(fù)合滲層。其中Al<,2>O<,3>層居外側(cè)，厚約1μm；Ti<,5>Si<,3>層居內(nèi)側(cè)，厚度為約7～8μm，其中分布有Al<,2>

3、O<,3>顆粒。Ti<,5>Si<,3>+Al<,2>O<,3>復(fù)合滲層明顯提高了TiAl基合金900℃下的抗高溫循環(huán)氧化性能。其中滲硅復(fù)合層在900℃靜態(tài)空氣中氧化240h增重約為0.44mg/cm<'2>，在強(qiáng)氣流作用下氧化增重約為0.55mg/cm<'2>。在強(qiáng)氣流條件下，經(jīng)長時間高溫循環(huán)氧化后，Ti<,5>Si<,3>層發(fā)生微量分解并在表面生成TiO<,2>和SiO<,2>。采用旋涂法對TiAl試樣進(jìn)行二次涂膜后，將其包埋于活性

4、碳粉中緩慢加熱至1000℃保溫6h熱處理后，TiAl表面獲得SiO<,2>+Al<,2>O<,3>+Ti<,x>Si<,y>(Ti<,5>Si<,3>、Ti<,5>Si<,4>、TiSi<,2>)復(fù)合涂層。其中SiO<,2>層較薄，居表面；Al<,2>O<,3>層居于SiO<,2>層與Ti<,x>Si<,y>層之間，厚約1～2μm。涂膜復(fù)合層在900℃靜態(tài)空氣中氧化300h增重約為0.54mg/cm<'2>。長時間循環(huán)氧化后，大部分區(qū)域

5、無明顯變化，部分區(qū)域有TiO<,2>生成。復(fù)合層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能的主要原因有：(1)構(gòu)成復(fù)合層的各層均為抗氧化性能優(yōu)異的物相構(gòu)成。無論是Al<,2>O<,3>、SiO<,2>氧化物，還是Ti<,5>Si<,3>、Ti<,5>Si<,4>等鈦硅化合物，均具有優(yōu)異的抗氧化性能。(2)復(fù)合層為結(jié)構(gòu)合理的梯度層。復(fù)合滲層從表及里為Al<,2>O<,3>層→Ti<,5>Si<,3>層→富Al層，復(fù)合涂層從表及里為SiO<,2>層→Al<,