SiO-,2-涂層對(duì)TiAl基合金抗高溫氧化性能的影響研究.pdf

1、TiAl基合金與傳統(tǒng)的高溫合金相比，由于具有密度低，比剛度、比強(qiáng)度高，抗蠕變性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為新一代航天航空業(yè)、汽車(chē)工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的后選材料。其室溫塑性差已通過(guò)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，從而更大限度地發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，已成為需要重點(diǎn)研究和解決的問(wèn)題之一。 表面涂層是改善合金抗高溫氧化性能的常用措施之一。本文探索了在TiAl基合金表面進(jìn)行SiO2溶膠-凝膠(sol-gel)涂膜的新工藝，

2、采用旋涂法對(duì)TiAl試樣進(jìn)行涂膜后，將其包埋于活性碳粉中緩慢加熱至1000℃保溫4h。分別對(duì)4組TiAl試樣進(jìn)行一次、二次、三次和四次涂膜熱處理以獲得復(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(yàn)，研究了涂膜次數(shù)對(duì)TiAl基合金抗高溫氧化性能的影響，探討了涂層形成機(jī)理及抗氧化機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:SiO2溶膠在TiAl基體表面進(jìn)行涂膜熱處理可以顯著提高TiAl合金在900℃靜止空氣中的抗高溫循環(huán)氧化能力。TiAl基試樣

3、進(jìn)行三次涂膜熱處理工藝后具有最佳的抗氧化性能:在900℃循環(huán)氧化504h后，增重僅為0.2143 mg/cm2。 TiAl基體進(jìn)行涂膜熱處理后試樣表層形成復(fù)合層。由表及里分別為SiO2層-Al2O3層-鈦硅化合物層-TiAl層-TiAl片層組織基體。涂敷在TiAl試樣表面的SiO2溶膠在低溫轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2凝膠，凝膠在500℃成為龜裂的非晶態(tài)SiO2層，在更高溫度熱處理時(shí)，SiO2、殘余O2與基體發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)合涂層:O2+TiA

4、l+SiO2→Al2O3十Ti5Si3+TiSi2和TiAl+O2→Al2O3+Ti2Al。涂膜TiAl基試樣經(jīng)900℃循環(huán)氧化后，復(fù)合層增厚。對(duì)于涂膜試樣，SiO2層完整無(wú)缺陷處氧化后表面形貌及物相組成基本和氧化前相同，由于SiO2層的存在，使TiAl高溫氧化時(shí)表面的氧分壓顯著降低，而發(fā)生選擇性氧化，優(yōu)先生成具有保護(hù)作用的Al2O3；而在無(wú)SiO2層保護(hù)處，TiAl基體直接暴露于大氣，高溫氧化時(shí)，形成Al2O3和TiO2的混合氧化層，

5、不能很好地起到防止進(jìn)一步氧化的作用。 在多次涂膜過(guò)程中，后一次涂膜可將前一次涂膜時(shí)的大部分裂縫掩蓋，從而使其抗高溫氧化性能得到進(jìn)一步提高。然而，由于多次涂膜使膜的總厚度增加，過(guò)多次數(shù)涂膜反而使得膜自身發(fā)生開(kāi)裂剝落。試驗(yàn)結(jié)果表明，三次涂膜試樣的抗氧化性能最優(yōu)，氧化前后表層結(jié)構(gòu)基本一致，即便氧化后缺陷處也只生成了微量的TiO2。涂敷SiO2涂層的TiAl合金顯示優(yōu)異抗高溫氧化性能的原因，除在于形成連續(xù)SiO2層和Al2O3層外，還在