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，比強度和比剛度高，是航空、航天飛行器理想的新型高溫結構材料。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，進一步提高其高溫抗氧化性能已成為需要重點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合金表面獲得復合滲層和復合涂層，并分別在900℃高溫靜態(tài)空氣中進行循環(huán)氧化試驗。此外，對滲硅復合層進行強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構特征、形成機理及抗氧化性能進行研究。 研究結果表明：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。其中滲硅復合層在900℃靜態(tài)空氣中氧化240h增重約為0.44mg/cm<'2>，在強氣流作用下氧化增重約為0.55mg/cm<'2>。在強氣流條件下，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。復合層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能的主要原因有：(1)構成復合層的各層均為抗氧化性能優(yōu)異的物相構成。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)復合層為結構合理的梯度層。復合滲層從表及里為Al<,2>O<,3>層→Ti<,5>Si<,3>層→富Al層，復合涂層從表及里為SiO<,2>層→Al<,