電子束物理氣相沉積制備TiAl基合金薄板的組織性能研究.pdf

1、金屬熱防護系統(tǒng)（TPS）是可重復使用運載器（RLV）的關鍵技術之一。與傳統(tǒng)的陶瓷防熱瓦相比，金屬TPS具有絕熱有效、重量輕、結構簡單、容易安裝替換等優(yōu)點，其中最為關鍵的部分是能夠耐高溫、抗氧化的面板材料。本文采用了電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術成功地制備了可用作TPS防熱面板的TiAl、TiAl/Nb和TiAl/NiCoCrAl三種TiAl基合金薄板；同時還借助一些現(xiàn)代分析測試手段（SEM、XRD、AFM、DTA等）對其組織性能

2、進行了研究；結合EB-PVD的工藝特點，利用熱力學理論對TiAl合金材料的組織形貌的形成原因進行了分析；并對TiAl合金和TiAl/NiCoCrAl層板復合材料的抗氧化性進行了對比研究。
　　TiAl合金的橫截面的顯微形貌內部自然分層且為柱狀晶組織，柱狀晶的形成與基板溫度和沉積速率有關。在TiAl/Nb和TiAl/NiCoCrAl層板復合材料內部交替疊加的TiAl層和韌化層（NiCoCrAl層或Nb層）分布均勻，界面明晰，但在Ti

3、Al層中都未發(fā)現(xiàn)自然分層現(xiàn)象。較短的蒸鍍時間和韌化層對TiAl層中Al元素蒸鍍的延緩作用是產生這一現(xiàn)象的主要原因。
　　研究TiAl合金薄板高溫真空退火處理前后的組織變化特點，借助差熱分析明確了其退火擴散機制。結合蒸鍍理論，通過詳細的熱力學分析解釋了TiAl合金薄板的組織自然分層現(xiàn)象。
　　在常溫下，三種材料中TiAl/NiCoCrAl具有最好的強度和韌性；在750℃的高溫下，除了TiAl合金外，層板復合材料都表現(xiàn)出明顯的屈

4、服現(xiàn)象，具有了很好的塑性；因此，韌化層能降低其脆-韌轉變溫度。從斷口形貌分析來看，TiAl/NiCoCrAl層板復合材料的強化機制主要為細晶彌散強化，該材料的韌化機制主要為裂紋的偏轉、微橋接和彎曲增韌機制。
　　將TiAl和TiAl/NiCoCrAl這兩種材料在850℃下進行了100小時的恒溫氧化實驗，并對氧化增重和氧化膜形貌進行了比較分析。雖然兩種材料的恒溫氧化動力學曲線都近似符合拋物線規(guī)律，但TiAl/NiCoCrAl的抗氧化