【摘 要】
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γ-TiAl基合金是一种新型轻质高温结构材料,因其具有低密度、高比强度、良好的高温强度及抗蠕变性能,所以在轻质高温结构部件领域具有广泛的应用潜力。但是,γ-TiAl基合金高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能不佳,制约了其作为高温结构材料的应用。向γ-TiAl基合金中加入Nb元素不仅能够提高其高温变形性能,在一定程度上还能够提高合金的高温抗氧化性能。本文采用Al单质粉末与细化的Ti粉和Nb粉混合,通过真
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γ-TiAl基合金是一种新型轻质高温结构材料,因其具有低密度、高比强度、良好的高温强度及抗蠕变性能,所以在轻质高温结构部件领域具有广泛的应用潜力。但是,γ-TiAl基合金高温抗氧化性能和高温抗热腐蚀性能不佳,制约了其作为高温结构材料的应用。向γ-TiAl基合金中加入Nb元素不仅能够提高其高温变形性能,在一定程度上还能够提高合金的高温抗氧化性能。本文采用Al单质粉末与细化的Ti粉和Nb粉混合,通过真空热压烧结工艺制备出等轴细晶γ-TiAl和α2-Ti3Al双相Ti-45Al-x Nb（x=5、7、9）合金,系统地研究了合金的高温氧化行为和热腐蚀行为。利用X-射线、透射电镜、扫描电镜和能谱分析仪等测试分析氧化层和腐蚀层组织结构与相特征。得出以下结论:（1）利用真空热压烧结工艺将细化后的Ti粉和Nb粉与Al单质粉末混合烧结,制备出等轴细晶双相（γ+α2）γ-TiAl基合金。Nb元素可以促进γ-TiAl合金中α2-Ti3Al相的生成,随着Nb元素含量增加,α2-Ti3Al相含量增多,α2-Ti3Al相起到第二相强化作用,提高了γ-TiAl基合金的组织硬度。（2）纯氧环境下的氧化产物为TiO2和Al2O3。由于氧化层与基体膨胀系数的不同,导致合金在升温阶段、降温阶段与保温阶段增重速率不同,其中保温阶段增重最快,降温阶段增重最慢。Nb元素的加入降低了合金的氧化增重速率和氧化层厚度,有效地抑制了合金表面氧化物的生成和生长,有利于提高γ-TiAl合金的抗氧化性能。（3）空气长时间氧化实验表明,γ-TiAl基合金的氧化层由四部分组成。由外向内依次为TiO2/Al2O3/（Ti,Nb）O/富Nb层。由于Ti和Al发生扩散与氧结合生成氧化物,造成了过渡区域Nb的富集,形成富Nb层。（Ti,Nb）O区域中含有Nb元素,在此处的高价态的Nb取代TiO2中Ti4+,从而降低了Ti离子的缺陷浓度,有效地抑制了基体继续发生氧化反应。（4）900℃,Na2SO4熔融环境下热腐蚀实验表明,在Na2SO4熔融环境下Nb活性提高,Nb发生反应生成了Nb2O5相和Na Nb O3相。热腐蚀100 h后的腐蚀层为TiO2、Al2O3、Nb2O5和Na Nb O3多种产物的混合腐蚀层。Nb元素含量的增加导致腐蚀产物增多,合金不能形成组织均一的腐蚀层,腐蚀层结构疏松,不能有效保护基体不被继续腐蚀。
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