论文部分内容阅读
钛合金是近些年来发展起来的一种重要金属,具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好、热导率低、无毒无磁、生物相容性好等特点,广泛应用于航空航天、船舶、生物及体育用品等诸多领域,其中高温钛合金主要应用于航空发动机叶片等领域,以提高飞机的推重比和使用性能。但钛合金在600℃以上工作时,会迅速发生氧化,从而使零件失效,这严重限制了钛合金在高温环境下的应用。Ti Al金属间化合物具有密度低、弹性模量高、高温强度优良和抗氧化好等优点,被称为重要的新型航空航天材料,但它的室温塑性差、在高温下也会出现抗氧化性能不足,这也影响了其在在高温下的应用。通过加入第三种元素Cr可明显改善其抗氧化性能,Cr的加入可以提高Ti-Al-Cr三元体系中Al的活度,并促进Al2O3的生成,显著降低金属的氧化速率,提高其极限温度下的使用。本文根据Ti-Al-Cr在高能激光束的作用下的原位合成反应,采用激光熔覆技术在TC6钛合金表面制备了宏观质量良好、形状规则且无明显孔洞与裂纹的Ti-Al-Cr涂层。使用OM观察涂层的显微组织形貌,利用SEM观察涂层的微观形貌,结合EDS分析涂层化学成分,通过显微硬度计测试涂层显微硬度分布,运用高温管式炉测试涂层的高温抗氧化性能,借助XRD测试氧化层的物相组成,并结合OM、SEM、EDS等一系列手段分析Ti-Al-Cr涂层的抗氧化机理。涂层中元素分布较为均匀,有大量的银白色物质均匀分布于涂层中。涂层的显微硬度相对于基材明显提高,最高达到了基材的1.76倍。在800℃下进行了循环氧化,其结果表明Ti-Al-Cr涂层能显著增强,高温抗氧化性能相对于基材提高了17倍左右。Ti-Al-Cr涂层显著提高钛合金基材的高温抗氧化性能,该涂层高温抗氧化性能提高的机理主要表现在3个方面。第一方面是涂层质量良好且与钛合金基材呈冶金结合,没有孔洞与裂纹等成为氧的扩散通道。第二方面是在高温下Cr的加入促进了Al2O3的生成,且Cr也会氧化生成氧化物,这两种氧化物的组织都较为致密,在氧化过程中能形成保护性氧化膜。第三方面是形成的氧化膜与涂层本身热膨胀系数相近,在氧化过程中不会像钛合金一样出现分层、开裂及剥落现象,有效隔离了氧气与未氧化部分的接触,降低其氧化速率,使其高温抗氧化性能显著提高。