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。     

γ-TiAl薄板的现状及成形技术

γ-TiAl合金具有密度低、高温强度高、弹性模量高、抗氧化、阻燃等特性,因此,有可能取代飞机发动机部件中较重的高温合金.γ-TiAl的研究始于20世纪50年代,在过去20年里,γ-TiAl的研究得到了重大发展,现在已可以生产γ-TiAl铸锭、锻件、挤压件和薄板材.     

Mo掺杂对γ-TiAl基合金能量稳定性和抗氧化性的影响

γ-TiAl基合金是一类具有广阔应用前景的高温结构材料,改善其高温抗氧化性能是当前研究的热点之一.以第一性原理计算为基础,研究了Mo含量小于9.26％(原子分数)的20种γ-TiAl基合金体系的几何性质、密度、原子平均形成能、间隙O原子的形成能、Al空位和Ti空位的形成能.结果显示:各种Mo替位掺杂γ-TiAl基合金体系的密度升高,但均小于4.5 g·cm-3,仍具有替代传统镍基合金的密度优势.各个掺杂体系的总能量和原子平均形成能均小于零,显示它们具有良好的能量稳定性,据此预测它们可以由实验制备.随Mo含量的升高,掺杂体系的稳定性逐渐降低.通过对Mo掺杂γ-TiAl体系的O原子形成能差值ΔEf(O)、Al空位与Ti空位形成能差值ΔEV的计算和分析揭示,当Mo含量为4.0％ ～7.4％时,阻碍间隙O原子扩散的势垒增大,Al空位扩散的能力得以提升且Ti空位扩散的能力被抑制.这对在γ-TiAl基体表面生成α-Al2 O3占主导地位的连续致密氧化膜有重要作用,为研发抗氧化性能优良的新材料提供了理论依据.     

轻质高温结构材料--γ-TiAl基合金的研究动向

γ-TiAl基合金被认为是非常有前途的新型轻质高温结构材料,在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景.简要介绍了γ-TiAl基合金的研究概况,并从高铌合金化、复合化、纳米化等方面着重阐述了其今后的发展趋势.     

Hf对Pt改性γ’-Ni3Al单相磁控溅射层氧化行为的影响

γ＇-Ni3Al高温合金表面溅射纳米晶涂层和铂改性γ＇＋γ＇涂层的成分、结构与基体相近,涂层脆性、相容性等改善明显,但有关改性层抗高温氧化性的研究有待深入。通过磁控溅射方法在γ＇-Ni3Al基高温合金表面沉积Ni3（Al,Hf）纳米晶涂层,在溅射层表面电镀1．5μm的Pt,1150℃扩散退火1h,得到Pt＋Hf改性的γ＇-Ni3Al单相涂层,不含Hf的涂层中没有明显的浓度梯度,而含Hf涂层中则有明显的浓度梯度。通过场发射扫描电镜（EFG—SEM）、X射线衍射（XRD）、电子探针（EPMA）和能谱（EDX）分析了涂层的结构与成分,考察了Pt改性γ＇-Ni3Al单相涂层在l050oC下空气中的氧化行为。结果表明：不合Hf的涂层生成外层为NiAl2O4、内层为Al2O3的复合氧化膜,含Hf的涂层均生成单一的Al2O3膜,Hf促进了Al的选择性氧化。适当含量的Hf降低了Pt改性γ＇-Ni3Al涂层的氧化速率,但是过高含量的Hf则使得涂层的氧化速率升高。     

基于第一性原理研究H2O分子在双相TiAl合金表面的吸附行为

为研究电场作用对H2O分子在γ-TiAl和α2-Ti3Al表面的吸附行为影响,采用第一性原理方法对H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面不同吸附位置的吸附能、态密度、几何结构、电荷布局进行分析。结果发现,H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面上的top Ti位置吸附最为稳定,但电场更容易促进H2O分子与α2-Ti3Al（0001）表面的相互作用,即α2-Ti3Al更易与H2O分子发生反应,从而优先形成Ti的致密氧化膜,致使α2-Ti3Al被保护。探究γ-TiAl和α2-Ti3Al单相具有相同溶解速度的条件,对提升双相（γ-TiAl和α2-Ti3Al相）TiAl合金电解加工表面质量具有十分重要的意义。     

表面改性中稀土提高材料抗高温氧化及耐蚀性能的作用

稀土元素具有特殊的电子结构,对材料表面有着优异的改性潜力,在表面工程技术领域具有很好的应用前景.综述了稀土元素在化学热处理、激光熔覆、离子注入、真空等离子体镀膜、热喷涂等技术中对工艺过程的影响和提高材料表面改性层抗高温氧化和耐蚀性能的效果.稀土元素在改性层中的作用机理为:稀土元素的微合金化作用,改变了改性层中第二相或夹杂物的形态与性能,改性层组织细化和结构因素,是材料表面改性层抗高温氧化和耐蚀性能得到改善的主要原因.     

铸铝材料微弧氧化表面改性

微弧氧化是近几年发展起来的一项材料表面改性技术，用微弧氧化技术处理铸铝材料在其表面可以形成几十至上百微米的陶瓷氧化层。经X射线衍射分析该氧化层具有α相和γ相Al2O3结构，使表面硬度提高到800—1000HV，大大改善了铸铝表面的耐磨、耐蚀、耐压绝缘和抗高温冲击特性，在发动机活塞和电熨斗中得到了很好的应用。     

高温含水气氛对Pt改性NiCoCrAlY合金氧化行为的影响

为了研究Pt改性NiCoCrAlY合金在高温含水气氛中的高温抗氧化行为,进一步理解高温含水气氛对Pt改性涂层表面形貌以及产物的影响,采用电镀方式在NiCoCrAlY合金表层制备了一层1.5μm厚的Pt层,然后对涂层进行热处理。对Pt改性NiCoCrAlY涂层在1 050℃的空气和含水气氛下的高温氧化行为进行对比研究。采用扫描电镜(SEM)观察表面形貌,采用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)分析了涂层的相结构及成分。结果表明:在含水气氛下,Pt改性合金表面生成针状Al_2O_3,基体不同相β-NiAl与γ'-Ni_3Al在含水气氛中表现出不同的Al_2O_3生长速率,从而导致氧化层中生长应力的堆积,导致氧化层的剥落。     

轻质γ-TiAl合金材料在柴油发动机上的应用

综述了柴油发动机关键热端部件轻量化设计的必要性和轻质耐高温γ-TiAl合金在该领域的优势和应用现状,阐述了目前实现γ-TiAl合金大规模工业化应用面临的挑战与难题,并对柴油发动机用低成本γ-TiAl合金的成分设计提出了建议。      

发动机用TiAl表面双辉等离子制备W-Mo合金层及其高温氧化行为

目前采用双辉等离子表面合金化技术在TiAl合金表面制备W-Mo涂层的研究不多。通过SEM与XRD等测试手段,研究双辉等离子表面合金化技术在TiAl基体表面制得的W-Mo合金涂层在780℃温度下的氧化行为。研究结果表明:W-Mo改性合金在初期氧化阶段快速氧化增重,经过100 h氧化后,试样增重5.2 mg/cm2,有效改善了TiAl基体的高温抗氧化性能。W-Mo合金涂层对氧气扩散起到阻碍作用,使TiAl基体抗高温氧化性能获得显著提升。氧化处理后合金涂层表面未发生改变,形成了致密、均匀的氧化膜层。TiAl基体经100 h氧化后表面氧化膜主要是一种柱状晶结构,TiAl基体氧化产物包括金红石型TiO2以及刚玉2种成分。     

γ-TiAl基合金快速熔凝组织转变的规律

采用激光表面快速熔凝技术处理了γ-TiAl基合金的拟连接表面，原位观察了激光处理组织在不同温度下保温过程中组织转变的特点，研究了处理温度对组织转变速度的影响以及组织细化的规律，结果表明，用激光表面快速熔凝处理所得到的γ-TiAl基合金拟连接表面的枝晶组织，在一定的温度下可转变为细小的等轴晶粒组织，为后续的超塑连接提供了良好的保障。     

激光改善不锈钢表面耐蚀性和抗氧化性能的研究进展

不锈钢具有优异的耐蚀性能和抗中温氧化性能,在化工、电力、冶金等领域得到了广泛的应用.然而,在含有Cl-的介质或900℃以上的高温环境下,其应用受到限制.利用激光表面改性技术可拓展其潜在的应用领域.综述了利用激光表面改性技术提高不锈钢耐蚀、抗高温氧化性能的研究进展.添加Mo、N、Cr等元素和控制δ-铁素体含量、去敏化处理、生成陶瓷相或金属间化合物等硬质相、细化表面组织能有效提高不锈钢耐蚀性能;通过添加含Cr、Al、Si等合金粉末、自熔合金粉末(MCrBSi)、热障涂层(MCrAlY)、高熔点金属间化合物来提高不锈钢的抗高温氧化性能;利用激光改善不锈钢表面的耐蚀性和抗氧化性能过程中,控制开裂是关键.     

钼含量及水氛对电弧喷涂铝316L不锈钢高温氧化性能的影响

目前,有关高温含水气氛对金属材料高温氧化行为的影响认识不统一。采用电弧喷涂的方法在含钼量不同的316L不锈钢表面制备一层纯铝层进行改性,并通过热处理获得铝扩散层;采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和氧化增重(TG)等手段研究了钼含量及含水气氛对改性316L不锈钢在高温下氧化行为的影响。结果表明:低钼含量不锈钢在高温下(1 050℃)的抗氧化性能优于高钼不锈钢;同时,高温下表面铝改性低钼不锈钢在含水气氛中的抗氧化性能强于其在空气中的表现。     

轻质γ-TiAl金属间化合物的研究进展

γ-TiAl金属间化合物是一种新型轻质的高温结构材料,是当代航空航天工业、民用工业等领域的优秀候选高温结构材料之一,具有重要的工程化应用潜力。介绍了γ-TiAl基金属间化合物的发展过程,以及成分-组织-性能-制备关系,产业化和应用状况。特别指出,北京科技大学发展的高Nb-TiAl金属间化合物为国内外TiAl基金属间化合物发展的重点方向。最后总结了TiAl基金属间化合物的国家需求和发展趋势。     

单晶高温合金铬改性铝化物涂层的高温氧化行为研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了铬改性铝化物(Cr-Al)涂层,研究了1050℃下该涂层在空气中的高温氧化行为。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了Cr-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律,结果表明:经1050℃氧化300 h后,该涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Cr-Al涂层的涂覆提高了基体合金的抗高温氧化性能;高温氧化200 h内涂层保持良好的表面形貌,而经过300 h氧化后涂层出现了严重的氧化膜剥落现象;揭示了在高温氧化条件下Cr-Al涂层退化的相变过程,涂层区相结构转变过程为β-NiAl相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次);扩散区相结构转变过程为β-NiAl相+析出相→β-NiAl相(主)+γ′-Ni3Al相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相(主)+β-NiAl相(次)+析出相→γ′-Ni3Al相+析出相。     

高铌TiAl高温合金的研究现状与展望

高铌TiAl高温合金是一种具有发展前途的新一代高温结构材料,合金化元素铌的添加能够显著提高γ-TiAl合金的工程应用.文章首先综述了高铌TiAl合金的性能特点和应用前景,并简单介绍了该合金的最新基础研究情况,随后介绍了制备高铌TiAl合金的基本工艺.最后论述了国内外高铌TiAl高温合金的发展历史和趋势.     

纳米SiO2表面改性研究

以乙醇为分散介质,用硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙基)氧化丙基三甲氧基硅烷(KH-560)对纳米SiO2进行表面改性.讨论了偶联剂用量对SiO2改性的影响,并采用红外光谱、热失重、扫描电镜、表面羟基滴定等手段表征改性效果.结果表明,硅烷偶联剂与纳米SiO2发生化学反应并接到SiO2表面,改性后的SiO2在有机物中的分散性明显改善.     

钛合金表面激光熔覆的研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天等领域,但钛合金耐磨性低、抗高温氧化性差的特点限制了其应用。利用激光熔覆技术提高钛合金表面性能已成为钛合金表面改性的研究热点。综述了目前国内外钛合金表面激光熔覆材料的研究进展,分析了激光熔覆技术的应用范围,并展望了其今后的发展趋势。     

等离子体微弧氧化技术及其发展

等离子体微弧氧化技术是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜层的材料表面改性技术.详细介绍了等离子体微弧氧化技术的发展历史和研究现状,以及应用微弧氧化技术制备陶瓷膜的基本原理和制备方法,对微弧氧化技术的特点及应用进行了总结,并阐述了微弧氧化技术的研究动态和存在的问题.