钛合金微等离子体氧化陶瓷膜结构与耐酸腐蚀

在铝酸钠溶液中,利用微等离子体氧化技术,在TC4钛合金表面原位生长复合氧化物陶瓷膜,研究了陶瓷膜的相组成、形貌和陶瓷膜对钛合金耐酸腐蚀的影响。陶瓷膜由Al2TiO5,α-Al2O3和金红石型TiO2构成;整个膜层由致密层和疏松层组成。在盐酸和硫酸中陶瓷膜使得钛合金耐酸腐蚀特性提高了5倍左右。带有陶瓷膜的钛合金在硝酸中的腐蚀速率为膜层的溶解速率。     

微弧氧化TC4钛合金与金属电偶的腐蚀行为

为了减小钛合金与金属偶合的接触腐蚀,采用微弧氧化技术,在TC4钛合金表面生成了一层主要由Al2TiO5相、锐钛矿TiO2相及金红石TiO2相组成的多孔膜.研究了TC4钛合金微弧氧化前后与45钢、LY12铝合金和紫铜偶合的电偶腐蚀行为.结果表明:3种金属分别与TC4钛合金偶合时,45钢会发生严重的电偶腐蚀,LY12铝合会...     

铝合金黄色微弧氧化膜的制备及其性能

目前,铝合金微弧氧化膜色泽单一,多为白色,影响了其装饰性和在光学仪器方面的应用.为此,以高锰酸钾为着色剂,通过控制电解液的组成及其浓度,在铝合金表面原位生成了黄色微弧氧化膜.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析、观察了氧化膜层的相结构和表面形貌.结果表明:陶瓷膜层致密,与基体结合紧密;膜层主要组成相为Al,Al2O3,Mn5O8,Mn3O4,MnWO4;黄色陶瓷膜色泽稳定,较铝合金基体腐蚀电位有所提高.     

钛合金表面微弧氧化膜层磨损性能研究

采用微弧氧化技术,以硅酸钠、磷酸钠溶液为电解液,在TC4钛合金表面制备出高硬度、高耐磨的微弧氧化膜层.用扫描电镜观测了膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行了耐磨损和摩擦学性能实验.结果表明,膜层由过渡层、致密层和疏松层3层组成.其相组成主相为Al2TiO5,其次为Al2SiO5,并含有少量无定型SiO2.膜层的维氏硬度为8 470 MPa,是基体硬度的2倍多.采用45#钢作对磨副,载荷为5 kg,磨损时间20 min条件下,膜层的失重为0.25 mg,仅为基体的8%左右.     

TC4钛合金微弧氧化膜的高温曝露行为

为了对比研究不同主盐成分对TC4钛合金表面微弧氧化膜高温曝露行为的影响,以相同浓度的Na_2SiO_3、Na_3PO_4、NaAlO_2作为电解液主盐分别对TC4钛合金进行微弧氧化处理,对获得的陶瓷膜样品进行恒温氧化和热冲击试验,分析氧化及热震试验前后样品的物相、形貌、膜层厚度和元素成分。结果表明:陶瓷膜样品经过750℃/30 h恒温氧化试验后氧化增重符合抛物线规律,在Na_3PO_4溶液中形成的膜层有较好的抗氧化性,NaAlO_2中的次之;经过100次650℃水冷至28℃的循环热震试验后,3种电解液中获得的氧化膜破坏程度不同,Na_3PO_4溶液中形成的氧化膜无剥落,NaAlO_2、Na_2SiO_3溶液中形成的氧化膜都出现剥落现象,其中以Na_2SiO_3溶液中形成的氧化膜剥落最严重;涂层的抗氧化性及抗热震能力与陶瓷层的表面形貌、厚度及相组成密切相关。     

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90~240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。     

氧化时间对钛合金钻杆微弧氧化膜层结构和性能的影响

采用脉冲直流微弧氧化方法在钛合金钻杆表面制备了不同氧化时间下的TiO_2陶瓷膜层,用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、球盘摩擦试验机及电化学工作站等分析了膜层的形貌、结构、组成以及膜层的硬度、摩擦磨损性能和耐蚀性。结果表明,随着氧化时间的延长,膜层的厚度增加,但膜层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性先增加后降低。经不同氧化时间处理后,膜层的相结构主要由金红石型TiO_2和锐钛矿型TiO_2组成,此外还含有少量的Al2TiO5晶体和SiO_2非晶态。微观形貌分析表明,随着氧化时间延长,膜层表面粗糙度延长。在本实验条件下,当氧化时间为40min时,微弧氧化膜层的综合性能较好。     

TiAl合金微弧氧化陶瓷层高温特性的研究

为提高TiAl合金的抗高温氧化性能,采用微弧氧化技术,对TiAl合金表面生成的微弧氧化陶瓷层在高温循环氧化条件下的氧化动力学进行了研究.结果表明,经过微弧氧化处理试样的高温氧化动力学曲线呈抛物线规律,其表面的陶瓷氧化膜具有保护性;微弧氧化后TiAl合金的使用温度可提高到1000 ℃;微弧氧化陶瓷层中的SiO2能有效抑制Al2TiO5在高温下的分解,从而改善了TiAl合金的抗高温氧化性.     

0Cr18Ni10Ti不锈钢热浸镀铝及高温扩散后的高温氧化行为

为提高0Cr18Ni10Ti不锈钢的抗高温氧化能力,采用熔剂法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备热浸镀铝层,并经950℃、2 h高温扩散。采用SEM、EDS对热浸镀铝高温扩散试样及不锈钢试样900℃氧化不同时间的表面、截面进行了形貌观察及成分分析。结果表明:镀铝高温扩散试样的氧化动力学曲线较平缓且氧化增重较小;0Cr18Ni10Ti不锈钢经900℃、100 h氧化后表面主要由Fe2O3组成,氧沿晶界向内扩散产生内氧化;镀铝高温扩散试样900℃氧化期间,表面主要由Al2O3氧化膜组成,有效地阻止了合金元素与氧的互扩散,Ni元素在Fe Al层与Al固溶层富集阻碍了Fe Al合金层Al向基体扩散,使镀铝高温扩散试样Fe Al合金层经900℃、100 h氧化后Al元素贫化量较少。镀铝高温扩散试样900℃、100 h下的抗氧化性能优于0Cr18Ni10Ti不锈钢。     

Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响

为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试。结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti_3Al相。Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中。合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹。合金化层在800℃保温1000h的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能。相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高。Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO_2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al_2O_3的形成。     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

Protective Effect of the Sputtered TiAlCrAg Coating on the High-Temperature Oxidation and Hot Corrosion Resistance of Ti-Al-Nb Alloy

The effect of a sputtered Ti-48AI-8Cr-2Ag (at. pct) coating on the oxidation resistance of the cast Ti-46.5AI-5Nb (at. pct) alloy was investigated in air at 1000-1100℃. Hot corrosion in molten 75 wt pct Na2SO4+25 wt pct K2SO4 was investigated at 900℃. The scale on the cast TiAINb tends to spall in air, while the scale on coating is very adherent. The sputtered Ti-48AI-8Cr-2Ag coating remarkably improved high temperature oxidation resistance of the cast Ti-46.5AI-5Nb alloy because of the formation of an adherent Al2O3 scale. Due to the inward diffusion of Cr, Kirkendall voids were found at the coating/substrate interface. TiAICrAg coating provided excellent hot corrosion resistance for TiAINb alloy in molten 75 wt pct Na2SO4+25 wt pct K2S04 at 900℃ due to the formation of a continuous Al2O3 scale.     

Oxidation protective coatings for γ‐TiAl – recent trends

Engine designers show continued interest in γ‐TiAl based titanium aluminides as light–weight structural materials to be used at moderately elevated temperatures. Although alloy development has made significant progress in terms of mechanical properties and environmental resistance, protective coatings have been developed that help to extend the lifetime of these alloys significantly. The major challenge of coating development is to prevent the formation of fast growing titania. Furthermore, changes of coating chemistries at high temperatures have to be considered in order to avoid rapid degradation of the coatings due to interdiffusion between substrate and coating. The paper describes recent work of the authors on different coatings produced by means of magnetron sputter technique. Thin ceramic Ti‐Al‐Cr‐Y‐N layers tested at 900 °C exhibited poor oxidation resistance. In contrast, intermetallic Ti‐Al‐Cr, Si‐based and aluminum rich Ti‐Al coatings were tested at exposure temperatures up to 950 °C for 1000h resulting in reasonable and partially excellent oxidation behaviour.     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

LY12铝合金微弧氧化陶瓷层的结构和性能

分析了LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的形貌、组成和结构,研究了氧化膜的硬度、与基体的结合强度以及在油润滑和干摩擦这两种条件下的摩擦学行为.结果表明,铝合金微弧氧化膜可分为疏松层和致密层,疏松层由α-Al2O3、γ-Al2O3以及Al-Si-O相组成,致密层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,致密层中α-Al2O3的含量远远高于疏松层.从表层到基体,微弧氧化膜的断面显微硬度先增大后减 小.微弧氧化膜与铝合金基体结合紧密.随着膜厚度的增加,氧化膜的临界载荷线性增加.氧化膜具有优良的抗磨性能,油润滑条件下的摩擦系数仅为干摩擦下的1/10.     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。     

K4104镍基高温合金Al-Si涂层高温氧化过程中的元素扩散分析

采用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备Al-Si涂层。依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》标准,采用静态增重法对有涂层试样和无涂层试样进行了1000℃×200h抗高温氧化性能试验,并绘制了氧化动力学曲线。用带能谱扫描电镜对氧化膜的表面形貌和截面组织进行分析,研究有无涂层试样在高温氧化过程中的元素扩散。结果表明:Al-Si涂层和基体合金之间在高温氧化过程中的互扩散形成了厚度为120~140um的渗层。随着氧化时间的延长,外层铝含量逐渐降低,但仍能保持稳定的β-NiAl相。Si在扩散作用下形成内高外低的分布形式,形成的Cr3Si和富Si的M6C相有利于阻止涂层和基体元素之间的互扩散,降低化合物层的形成速度,体现了Al-Si涂层良好的抗高温氧化能力。     

金属陶瓷涂层耐蚀性能研究

采用溶胶 凝胶浸渍提拉法在不锈钢、纯铜及铝合金基底上制作了连续的ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ２ 、Ａｌ２Ｏ３ 及ＳｉＯ２ ＴｉＯ２ 陶瓷涂层。通过阳极极化曲线、循环动电位极化曲线、点蚀电位、三氯化铁腐蚀试验、５ ％ 硫酸腐蚀试验以及氧化试验检测了陶瓷涂层对金属的保护能力。分析试验结果表明,这些陶瓷涂层大幅度提高了基底金属在腐蚀介质及氧化环境中的寿命。