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Tial合金表面al-y渗层的组织及高温抗氧化性能

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机械工程学报 2024年

作者：李涌泉郝清锐梁国栋王存喜刘树静北方民族大学材料科学与工程学院北方民族大学机电工程学院

通过930℃下保温2h的扩散渗工艺在Tial合金表面制备了al-y渗层，采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成，对比研究了Tial基体及渗层在1000℃下的高温氧化性能。结果表明：该工艺下制备的渗层厚约为53μm，具有复合结构，由外... 详细信息

通过930℃下保温2h的扩散渗工艺在Tial合金表面制备了al-y渗层，采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成，对比研究了Tial基体及渗层在1000℃下的高温氧化性能。结果表明：该工艺下制备的渗层厚约为53μm，具有复合结构，由外向内依次为Tial3、Tial2浅表层，Tial3中间层和Tial2内层，且渗层与基体为良好的冶金结合。高温氧化试验表明：Tial基体氧化过程中形成的富Ti氧化物外层和TiO2+al2O3次外层，氧化膜结构疏松，无法阻碍O元素的内扩散，导致氧化膜反复剥落，最终引发灾难性氧化；al-y渗层在氧化时表面形成致密的al2O3膜层，阻碍了O元素的内扩散，有效的提高了合金的高温抗氧化性能，随着氧化时间的延长，氧化后期al元素的内/外扩散及Ti的外扩散导致渗层表面氧化膜发生剥落，但未剥落的残余渗层依旧与基体保持着良好的冶金结合，对基体合金的抗高温氧化仍具备保护性。

关键词： Tial合金 al-y渗层组织结构高温氧化

Tial合金表面al-y渗层摩擦磨损性能研究

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热加工工艺 2023年第10期52卷 81-84页

作者：梁国栋王存喜田兴达张明旭董福元李涌泉北方民族大学材料科学与工程学院宁夏银川750021 北方民族大学机电工程学院宁夏银川750021

通过930℃下保温2 h的扩散渗工艺在Tial合金表面制备了al-y渗层。采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成,对比研究了Tial基体及渗层与GCr15球对磨的摩擦磨损行为。结果表明:930℃下制备的al-y渗层具有复合结构,厚度约为50μm,... 详细信息

通过930℃下保温2 h的扩散渗工艺在Tial合金表面制备了al-y渗层。采用SEM、XRD、EDS分析了渗层的组织结构及相组成,对比研究了Tial基体及渗层与GCr15球对磨的摩擦磨损行为。结果表明:930℃下制备的al-y渗层具有复合结构,厚度约为50μm,主要由富al的Tial3外层以及Tial2内层组成,渗层与基体为良好的冶金结合;Tial基体的磨损机理为犁削磨损和磨粒磨损,而al-y渗层未发生明显的磨损,al-y渗层的制备可以有效提高Tial合金的抗摩擦磨损性能。

关键词： Tial合金 al-y渗层摩擦磨损

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Tial合金表面al-y渗层的组织与性能研究

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TiAl合金表面Al-Y渗层的组织与性能研究

作者：梁国栋北方民族大学

学位级别：硕士

为提高Tial合金的高温使用性能,改善其因摩擦、热冲击等引起的失效问题,本文采用包埋渗法在Tial合金表面制备了al-y渗层,通过SEM、EDS、XRD等表征手段分析了不同催化剂、不同保温时间、不同稀土元素含量对渗层组织结构的影响,揭示了渗... 详细信息

为提高Tial合金的高温使用性能,改善其因摩擦、热冲击等引起的失效问题,本文采用包埋渗法在Tial合金表面制备了al-y渗层,通过SEM、EDS、XRD等表征手段分析了不同催化剂、不同保温时间、不同稀土元素含量对渗层组织结构的影响,揭示了渗层的形成机制,评价了Tial合金基体及al-y渗层的抗高温氧化、高温热腐蚀、热冲击、摩擦磨损性能,阐明了其失效机理。研究结果表明:采用不同催化剂类型、不同稀土元素含量及不同保温时间下所制备的渗层有相似结构,但渗层的厚度、致密度及膜基结合力有显著的差异。采用NHCl作为催化剂所制备的渗层结构致密、无开裂;采用Na F催化剂制备的渗层表面扩散孔洞较多且渗层内存在贯穿性裂纹;而采用al Cl·6HO催化剂制备的渗层内存在枝状贯穿裂纹,膜层结合力较差;稀土y元素的添加(2 wt.%)可以增加渗层的厚度,但过多y(4 wt.%)元素的添加会抑制al气态卤化物的形成,阻碍al元素的沉积扩散,导致渗层厚度随y元素的添加不增反减。综合各种因素后,优化Tial合金表面al-y扩散渗层的制备工艺为:渗剂组分15al-6NHCl-2yO-77alO(wt.%),共渗温度930℃,保温2 h;该工艺下制备的渗层具有复合结构,与基体为良好的冶金结合,厚度约为53μm,由外向内依次为Tial外层(夹杂少量惰性填充剂alO),Tial中间层和Tial内层,与基体为良好的冶金结合。1000℃热冲击实验表明:Tial基体和al-y渗层在热冲击过程中均会发生不同程度的氧化,其中Tial基体经热冲击31次后出现目视裂纹,表面氧化后形成的混合层不具备保护性,极易剥落产生“缺口”,“缺口”的产生为微裂纹的萌生及其内扩展提供了通道,最终贯穿基体;al-y渗层表面氧化后形成的alO保护层均匀致密,有效的延长了裂纹孕育期,其由外向内的梯度结构亦缓解了热应力,使裂纹多终止于膜基界面,个别裂纹经43次热冲击后贯穿渗层,但未在界面处发生横向扩展,整体渗层无剥落现象,即渗层与基体的结合强度较高,抗热冲击性能良好。摩擦磨损实验表明:Tial基体及al-y渗层同GCr15球对磨时,Tial基体的摩擦系数迅速增大,随后在0.45-0.62的范围内波动;而al-y渗层对应的摩擦系数随着时间的推移缓慢增大,经45 min的对磨,摩擦系数值趋于平缓,保持在0.39左右,且摩擦系数振幅相对较小,对比Tial基体与al-y渗层的摩擦系数可见,al-y渗层起到明显的减摩作用。对应磨痕分析表明,Tial基体与GCr15球的磨损机理为犁削磨损和磨粒磨损,磨损后表现为明显的失重;al-y渗层摩擦后表现为明显的增重,且渗层表面未出现明显的磨损,其磨损为GCr15向al-y渗层的单向转移,表明al-y渗层可以有效提高Tial基体的耐磨性。Tial基体和al-y渗层在1000℃下的高温氧化实验表明:氧化过程中Tial基体表面形成的富Ti氧化物外层和TiO+alO次外层结构疏松,无法阻碍O元素的内扩散,导致氧化膜反复剥落,最终引发灾难性氧化;al-y渗层在氧化时表面形成致密的alO膜层,阻碍了O元素的内扩散,有效提高了合金的高温抗氧化性能,随着氧化时间的延长,氧化后期al元素的内/外扩散及Ti的外扩散导致渗层表面氧化膜发生剥落,但未剥落的残余渗层依旧与基体保持着良好的冶金结合,并仍具备一定的保护性能。Tial基体和al-y渗层在850℃下25%Na Cl+75%NaSO(wt.%质量分数)混合熔盐中的热腐蚀实验表明:腐蚀初期Tial基体中的片层状α-Tial相首先与O、S介质发生选择性腐蚀,形成的腐蚀产物膜反复剥落,最终引起灾难性腐蚀;al-y渗层在热腐蚀初期会形成致密的alO膜层,有效的保护了渗层,随着热腐蚀时间的延长,渗层在元素的内外扩散及腐蚀应力作用下逐步开裂,裂纹成为S和O元素扩散的“通道”,与此同时,渗层中的Tial相持续分解,向裂纹处提供al元素,形成致密的alO,一定程度上弥补了裂纹,延缓了S、O的内扩散速率,延长了al-y渗层的服役寿命,显著提高了Tial基体的热腐蚀抗性。

关键词： Tial合金 al-y渗层热冲击摩擦磨损高温氧化热腐蚀

TC4合金表面y改性铝化物涂层的组织及高温氧化性能

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真空科学与技术学报 2020年第4期40卷 332-336页

作者：李涌泉秦春蒋亮耿桂宏北方民族大学材料科学与工程学院银川750021

为提高TC4合金的抗高温氧化性能。采用在900,940和980℃扩散渗2 h的方法在TC4合金表面制备了y改性的铝化物渗层,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪及能谱仪分析了渗层的结构及相组成,研究了渗层在1000℃时的抗氧化性能,讨论了其氧化机... 详细信息

为提高TC4合金的抗高温氧化性能。采用在900,940和980℃扩散渗2 h的方法在TC4合金表面制备了y改性的铝化物渗层,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪及能谱仪分析了渗层的结构及相组成,研究了渗层在1000℃时的抗氧化性能,讨论了其氧化机制。结果表明:不同温度所制备的渗层主要组成相均为al3Ti,此外在900℃制备渗层中含有少量的al23V6,在940,980℃制备渗层中分别检测到了al2Ti3及al2Ti相;渗剂中添加y能够降低涂层的内应力,抑制渗层中裂纹的产生。940℃共渗2 h制备的y改性al化物渗层在1000℃氧化50 h后表面形成了致密的al2O3氧化膜,显著的提高了TC4合金的抗高温氧化性能。

关键词： TC4合金 al-y渗层显微组织抗高温氧化扩散渗

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