合金元素Y对高铌TiAl高温合金长期抗氧化性的影响

研究不同含Y量对高铌TiAl合金在900℃恒温条件下,1000h的抗氧化性的影响.结果发现,从长期看,氧化速率、氧化膜结构以及氧化膜抗剥落能力均与Y含量有关.在900℃等温氧化条件下,0.4 at%Y含量能有效提高高铌TiAl合金的抗氧化性,而高Y含量对与抗氧化性的负面影响在氧化初始阶段已经十分明显.通过对氧化后样品SEM和EDS分析发现,适量Y元素的加入可以细化氧化物颗粒,促使合金表面形成连续Al2O3保护膜,提高氧化膜与合金基体的粘附性,从而提高高铌TiAl合金的高温长期抗氧化性.     

P对低膨胀Thermo-Span合金650℃氧化行为的影响

利用热重分析法(TG)和扫描电子显微镜(SEM)研究了微量元素P对Thermo-Span合金650℃氧化行为的影响.结果表明,氧化增重遵循抛物线规律,氧化层分两部分,包括氧化外层和氧化过渡层.外层富Fe,Co,O元素,氧化过渡层富Nb,Al,Cr,O等元素,Fe,Co,O含量降低.0.001%磷合金表层氧化物主要为针状的Fe,Co氧化物,而0.023%磷含量合金表层氧化物则大部分为块状Co的氧化物,随磷含量增加,表层Fe元素含量降低.0.023%磷阻碍Fe元素向外迁移及氧的向内扩散,降低合金在650℃下的氧化速率,提高合金650℃的抗氧化性能.     

过渡金属元素 X（X ＝W，Mo，Cr）对 RuAl合金抗氧化性影响的机理

基于密度泛函理论的第一性原理,通过计算 RuAl 合金氧化物 Al2 O3和 RuO2的氧化能,考察过渡金属元素 X （X ＝W,Mo,、Cr）加入到 RuAl 合金后的占位及对氧化物 Al2 O3和 RuO2的结构稳定性影响。研究表明：经过渡金属元素 X 合金化后,Al2 O3和 RuO2的氧化能均有所增大,增大 Al2 O3氧化能的顺序为：W ＞Mo ＞Cr;增大 RuO2氧化能的顺序为：Mo ＞Cr ＞W,且 RuO2氧化能增大幅度大于 Al2 O3。通过态密度、电荷密度等因素的分析,阐明了 W 对提高 RuAl 抗氧化性能的根本原因是降低了 Al-O 和 Ru-O 的共价键特性,增加了 Al-O 和 Ru-O 的离子键特性;金属元素 X（X ＝W,Mo,Cr）可阻碍 RuAl 金属化合物发生内氧化过程,有利于在 RuAl 表面层的横向方向上形成连续性致密的 Al2 O3氧化层。     

V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-22Ti-12Si三元以及三种不同V,Al含量的Nb.Ti-Si-V-Al五元Nb-Si合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能.结果表明:V,Al的加入促进了反应Nb3Si→Nb Nb Nb5Si3,使合金相组成由Nb Nb3Si转变成为Nb Nb5Si3,从而增加了合金中Nb相体积分数;合金的抗氧化性能随V,Al含量的增加而提高;V,Al的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量.Nb-21.9 Ti-11.9Si-4.4V-4.1Al经过1250℃/50h氧化后金属损失厚度仅为0.1mm.     

碳化铬／Ni3Al复合材料的高温抗氧化性能

对比研究碳化铬/Ni3Al复合材料和传统高温耐磨材料Stellite 12合金在1000℃时的高温氧化行为.结果表明,Stellite 12合金表面形成以Cr2O3为主的氧化膜,并发生明显剥落;而碳化铬/Ni3Al复合材料表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜,其空气中的氧化速率仅为Stellite 12合金的1/2,碳化铬具有良好的抗氧化稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性.分析认为,碳化铬在堆焊过程中发生溶解导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进α-Al2O3的形成,从而改善复合材料的抗氧化性.而材料表面所形成的氧化膜类型是两种材料抗氧化性差异的主要原因.     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

纳米化对电子束物理气相沉积制备Ni-20Cr-0．6Al合金氧化产物的影响

利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法制备了厚度为0.5mm的N i-20Cr-0.6A l(wt%)合金薄板。合金的晶粒尺寸小于100nm。研究了N i-20Cr-0.6A l合金在1000℃空气中氧化100h后的氧化产物。结果表明,100h后在合金表面只生成了连续致密的-αA l2O3氧化膜。Cr含量为20%时,纳米化使生成连续A l2O3膜所需的最小铝含量大幅度下降。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

低Cr高W铸造镍基高温合金的高温氧化行为及Ta的合金化作用

对A l,Ta含量分别是6wt%A l,0wt%Ta;5wt%A l,4wt%Ta和6wt%A l,4wt%Ta三炉低Cr高W铸造镍基高温合金进行了静态空气下1100℃/2m in~100h等温氧化试验,并对剥落氧化皮和合金试片表面氧化层进行X射线衍射分析,对氧化后的试片表面及横切面进行光学金相、定量金相、扫描电镜及能谱分析。结果表明:低Cr高W镍基高温合金的早期氧化主要表现为富难熔元素相MC,M6C碳化物和α(W,Mo)相的优先选择性氧化。6wt%A l,0wt%Ta合金和6wt%A l,4wt%Ta的合金经1100℃/100h氧化后的最终主要氧化产物均包含N iO,N iA l2O4和N iWO4,此外合金中还分别存在少量的N iNb2O6和N i(Ta,Nb)2O6。合金的氧化动力学曲线遵循分段抛物线规律。A l量相同的情况下,Ta的加入通过增加共晶γ’量和减缓自由态硫对抗氧化的有害作用从而减少合金的氧化增重和延缓氧化皮剥落,提高合金的抗氧化能力。6wt%A l,0wt%Ta的合金与5wt%A l,4wt%Ta的合金具有相当的高温抗氧化能力,仅从高温抗氧化性能考虑,可以考虑以A l代Ta。     

Y_2O_3对Cr-Nb合金高温抗氧化性能作用机制的研究

采用球磨+热压工艺制备添加0.5wt.%稀土氧化物Y2O3的Cr-Nb合金,研究了Y2O3对Cr-Nb合金在1100℃和1200℃高温氧化性能的作用机制.结果发现,Y2O3的加入,减缓了Cr-Nb合金在1100℃的氧化速度;虽然在1200℃氧化增重比未加Y2O3的Cr-Nb合金高,但是大大增加了氧化膜/基体的结合力,改善了氧化膜的抗剥落性,在一定程度上改善了Cr-Nb合金的高温抗氧化性能.     

Effects of B on the Microstructure and Oxidation Resistance of Nb-Ti-Si-based Ultrahigh-temperature Alloy

Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys concocted with boron ranging from 0 to 2 at% are prepared by arc-melting technology. The effects of adding boron on their as-melted microstructure and oxidation resistance are analyzed. The (Nb,Ti)ss, β-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ exist in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf alloy, while (Nb,Ti)ss, α-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ are present in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-1B and Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-2B alloys. The oxidation of Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys is dominated by the diffusion of oxygen through (Nb,Ti)ss. Compared to boron-free alloys, the boron-containing alloys have significantly lower oxidation rate when oxidized at 1 200 °C for less than 50 h, but, for more than 50 h, their oxidation resistance deteriorates.     

5A05铝合金黑色氧化膜的结构及耐蚀性能

用两步化学氧化法在铝合金表面获得了黑色氧化膜。利用全浸渍腐蚀试验及电化学极化曲线评价了膜的耐蚀性能,利用扫描电子显微镜观察膜的表面形貌,采用能量散射谱(EDS)测定膜的成分。结果表明:铝合金的黑色氧化膜具有网块状结构,膜层主要由O、Al、Mn、Co、Cr五种元素所组成,未经封闭的铝合金氧化膜的耐蚀性能很差,而经重铬酸钾封闭后,耐蚀性大为提高。     

Cr在Ti-Al-Cr合金抗高温氧化过程中的作用研究

研究了 Ti-50 Al,Ti-50 Al-1 5Cr,Ti-4 5Al-1 5Cr和 Ti-67Al-8Cr(原子百分数 )合金在 90 0～ 1 0 0 0℃下的高温氧化性能。结果表明 :Ti-50 Al-1 5Cr,Ti-4 5Al-1 5Cr和 Ti-67Al-8Cr均表现出优良的抗氧化性能,氧化后表面主要是 α-Al₂O₃及少量的 TiO₂ 组成。Ti-50 Al-1 5Cr,Ti-67Al-8Cr和 Ti-4 5Al-1 5Cr合金良好的抗高温氧化性能归于 Cr在合金抗氧化过程中起到了吸氧效应的作用。另外发现对于 Ti-50 Al-1 5Cr和 Ti-67Al-8Cr均发生了 950℃时的氧化增重比 1 0 0 0℃时的氧化增重大,这是由于 Cr的加入使 Ti的活性降低的缘故。     

钛合金阳极氧化膜的XPS研究

利用XPS分析了TCA钛合金经阳极氧化处理后,表面氧化膜的成分和结构及其随深度的变化.研究表明,钛合金阳极氧化膜表面为单一的TiO_2,并以晶态和非晶态的形式存在于氧化膜中.随着氧化膜厚度的增加,内部氧化越来越不充分,TiO_2的含量减少,并逐渐出现Ti:O_3、TiO;并且阳极氧化处理明显增厚了表面氧化膜.     

TiAl金属间化合物缺口断裂性能

 TiAl合金作为准脆性材料,在其服役过程中由于缺口的存在使得断裂对缺口非常敏感,严重降低了其使用性能,因此需要研究TiAl合金在缺口作用下的断裂性能。采用带缺口的组合拉伸试样研究了温度和拉伸速率对具有近全片层组织Ti-48Al-2Cr-2Nb合金缺口断裂性能的影响。结果表明,室温下TiAl合金对缺口非常敏感,随着温度的升高,TiAl合金对缺口敏感性降低,当温度为800 ℃时,TiAl合金对缺口不敏感。TiAl合金在低温区塑性变形是通过位错滑移和变形孪晶引起的,高温下是由扩散控制的位错攀移作用引起的。研究还表明,200 ℃下拉伸速率较低时TiAl合金对缺口不敏感,当拉伸速率增加到较高时,TiAl合金对缺口很敏感。     

金属间化合物NiAl合金蠕变行为的研究

系统研究了热等静压态(HIP)NiAl-9Mo,NiAl-Cr(Zr),NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf-0.02wt%P合金与定向凝固NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf,NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf,NiAl-28Cr-5Mo-1Hf,NiAl-Fe(Nb)共晶合金的高温拉伸蠕变行为.研究结果表明,七种NiAl合金具有相似的蠕变曲线,表现为较短的减速蠕变阶段和较长的稳态蠕变阶段及较高的蠕变应变.在高温低应力下蠕变变形主要受位错攀移过程控制,在低温高应力下蠕变变形主要由Orowan机制控制.NiAl合金的蠕变断口表现为塑性断裂和沿胞界断裂的混合特征.NiAl合金蠕变断裂主要受蠕变裂纹扩展所控制,蠕变断裂数据符合Monkman-Grant关系.     

Microstructure, Mechanical Properties and Oxidation Resistance of Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr Alloys

Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr (x=2, 6, 10, 14, 17 at%) alloys are prepared by arc-melting under argon atmosphere. Microstructural characteristics, mechanical properties and oxidation resistance of the arc-melted alloys are investigated. At 2 at% Cr content, the microstructure is composed of Nbss, Nb3Si and a small quantity of Nb5Si3, when the Cr contents increase, Nb3Si disappears. For the high Cr content (x ≥ 10 at%) alloys, besides the Nbss and Nb5Si3, Cr2Nb is also detected. With the increase of Cr content, the volume fractions of Cr2Nb and Nb5Si3 increase, while that of Nbss increases firstly and then begins to degrade when the Cr content is higher than 6 at%. For the alloy with 2 at% Cr, the room temperature fracture toughness is about 14.5 MPa·m1/2, but badly decreases to about 8.5 MPa·m1/2, when the Cr contents increase. Vickers hardness of Nbss tends to increase linearly from about 400 to 500, while that of silicides is not sensitive to Cr contents, about 950. The appearance of Cr2Nb phase significantly improves the high temperature oxidation resistance of the alloys with high Cr contents. The isothermal oxidation tests show that the oxidation kinetics of the alloys with various Cr contents follows parabolic oxidation kinetics.     

电弧离子镀Al扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在HY3(NiCrAlYSi)涂层与镍基高温合金(K5合金)之间沉积一层Al薄膜经过马弗炉870℃加热1h形成Al2O3作为扩散障层,研究了Al2O3对HY3(NiCrAlYSi)涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:Al2O3有效阻止基体与涂层之间的元素互扩散,提高了HY3(NiCrAlYSi)涂层和K5合金的抗高温氧化性能。     

Ho_2O_3掺杂对原位合成HoAl-Al_2O_3/TiAl复合材料显微组织及性能的影响

采用固态置换反应原位合成工艺,利用Al—Ti—TiO2-Ho2O3体系的放热反应合成了HoAl-Al2O3／TiAl复合材料。利用XRD和SEM分析了Ho2O3掺：枭对原位合成HoAl,Al2O3颗粒强化钛铝基复合材料显微组织的影响,探讨了稀土氧化物（Ho2O3）的细化机制。测试了力学性能。结果表明：Al—Ti—TiO2-Ho2O3系原位合成的HoAl-Al2O3／TiAl复合材料由TiAl,Ti3Al,Al2O3以及HoAl相组成;HoAl金属间化合物弥散分布于基体晶粒和Al2O3颗粒交界处,限制颗粒长大,细化基体晶粒与Al2O3,颗粒,同时提高了HoAl,Al2O3颗粒在基体中的分散度;Ho2O3的引入改善了复合材料的力学性能。     

热处理对块状氧化铝气凝胶微观结构的影响

以AlCl_3·6H_2O为前驱体,无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,环氧丙烷为凝胶网络诱导荆,通过溶胶-凝胶技术制备得到溶胶,再经超临界干燥制备出块状氧化铝气凝胶.采用SEM、TEM、XRD、BET等手段,对氧化铝气凝胶在不同热处理温度下的微观结构进行了对比和分析.结果表明,氧化铝气凝胶的主要成分为多晶勃姆石相,微观结构由许多叶片状纤维堆积形成,经500和1 000℃热处理后成块性未受到明显的影响,比表面积各为429和174 m~2/g.在20～1000℃内,氧化铝气凝胶发生了由多晶态勃姆石相→γ-Al_2O_3→δ-Al_2O_3的相转变.