论文部分内容阅读
Ni-Al涂层由于其良好的抗氧化性,广泛应用于Ni基合金,但很少报道应用于Ti-Al系合金。本文选取了两种经典成分的Ti-Al合金(TiAl:Ti-5OA1和Ti3Al:Ti-24A1,at.%)和两种具有工程意义的Ti-Al合金(Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo-0.3C和Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Moat.%)作为实验材料,采用电镀的方法在合金表面获得镀Ni层,然后进行粉末包装渗铝制备Ni-Al涂层。将四种基体合金样品900℃氧化120h,对应施加Ni-Al涂层样品氧化300h,并进行截面形貌观察和能谱分析,对比讨论Ni-Al涂层对Ti-Al系合金氧化行为的影响。得到主要结论如下：镀Ni层厚度约为30和20μm、800℃渗铝1h制备的Ni-Al涂层,由于镀Ni层较厚或渗铝时间较短,都存在一定厚度的富Ni层,而且发现大量裂纹或较宽裂缝,不利于涂层防护性能；镀Ni层厚度约为10μm、800℃分别渗铝1、3和5h的Ni-Al涂层,不存在富Ni层,外部Ni2Al3层和基体合金之间都存在不同厚度的富Al层,形成上坡扩散现象。但渗铝3h的Ni-Al涂层存在更厚的富Al层,包含较宽的TiAl3层和TiAl2层。较厚的富Al层,有利于维持外部Ni-Al层的含Al量,提高其抗氧化性能。因此最佳工艺条件为：镀Ni层厚度约为10μm、800℃渗铝3h。按最佳实验工艺在四种Ti-Al系合金表面制备Ni-Al涂层。分别对四种基体合金和含有Ni-Al涂层的样品进行高温氧化,研究其氧化动力学。结果发现：四种基体合金的氧化增重均按线性规律增长,含Ni-Al涂层的Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo样品的氧化增重先按抛物线规律增长再按线性规律增长,其它三种合金的Ni-Al涂层样品氧化增重均按抛物线规律或近抛物线规律增长。施加Ni-Al涂层样品与对应的基体合金相比,虽然氧化时间更长,但单位面积氧化增重和氧化膜厚度明显更小,表明Ni-Al涂层能有效提高Ti-Al系合金的抗氧化性。四种含Ni-Al涂层的Ti-Al系合金抗氧化性能取决于涂层的微观组织。Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo的Ni-Al涂层样品的单面面积氧化增重和氧化膜厚度明显比其它三种涂层样品的大。这是因为它未能像其它三种涂层样品一样形成防护性能优异的β-NiAl层。另外,Ti-50Al涂层样品氧化后P-NiAl层内部存在较宽的T2-Al2NiTi层和夹杂有T3-Al3NiNi2相的TiAl2层；Ti-46.6A1-1.4Mn-2Mo-0.3C涂层样品氧化后β-NiAl层内部存在较宽的τ3-Al3NiNi2层；Ti-24A1涂层样品氧化后β-NiAl层内部存在τ2-Al2NiTi相与NiAl相混合层、夹杂有τ2相的TiAl2层和Ti-Al13Ni2Ti5相层。含Al量相对较高的内部层,有利于维持β-NiAl层的Al含量,从而提高其抗氧化性能。这在Ti-24A1涂层样品上表现得更加明显,因为它氧化后β-NiAl层内部各层Al含量更高,单位面积氧化增重和氧化膜厚度更小。因此,Ti-Al系合金元素的成分和含量对Ni-Al涂层结构有较大的影响,在不同成分的Ti-Al系合金表面制备Ni-Al涂层时须进行进一步的工艺探索。