【摘 要】
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TC4钛合金因具有低密度,高强度,良好的耐腐蚀等特性,广泛用于在高温下工作的飞机发动机部件(如压缩机盘或叶片),然而,由于航空发动机中存在钛氧化分层甚至出现钛燃烧的隐患较大,因此其工作温度通常限制在500℃以内。Ti Al合金常用于提高钛合金高温抗氧化性能,其具有了许多优异的性能,如高比强度、良好的抗蠕变性能和优异的防火性能,但Ti Al在室温下脆性大以及在750℃以上的抗氧化性能差等问题限制其应
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TC4钛合金因具有低密度,高强度,良好的耐腐蚀等特性,广泛用于在高温下工作的飞机发动机部件(如压缩机盘或叶片),然而,由于航空发动机中存在钛氧化分层甚至出现钛燃烧的隐患较大,因此其工作温度通常限制在500℃以内。Ti Al合金常用于提高钛合金高温抗氧化性能,其具有了许多优异的性能,如高比强度、良好的抗蠕变性能和优异的防火性能,但Ti Al在室温下脆性大以及在750℃以上的抗氧化性能差等问题限制其应用。而在Ti-Al涂层中加入少量的第三种W元素,可以促进Ti-Al涂层中Al的活性,增加氧化膜中Al2O3的含量,从而提高其高温抗氧化性能。激光熔覆是一种新型表面改性技术,其制备的涂层在基体表面熔凝速度快,热影响区小,组织结构细小,在提高基体性能时,同时极大程度保留基体本身优异的特性。因此,本文采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备Ti-Al-(0~2wt.%)W涂层。通过光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察各涂层显微组织形貌,结合X射线衍射仪(XRD)和能谱分析仪(EDS)分析涂层的物相及成分,利用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试涂层横截面显微硬度分布及涂层表面摩擦系数,使用高温箱式电阻炉测试涂层的高温抗氧化性能,同样借助OM、XRD、SEM、EDS分析氧化层的氧化机理。结果表明:1.5wt.%W含量熔覆层平均硬度最高,相比0wt.%W含量熔覆层提高1.25倍,基体提高1.69倍;1wt.%W含量的摩擦系数最低,为0.194。Ti-Al-(0~2wt.%)W熔覆层在1000℃下高温抗氧化性中,2wt.%W含量熔覆层高温抗氧化性提高最为明显,相对0wt.%W含量熔覆层,其高温抗氧化性能提高了14倍,相比基体提高大约18倍。对于激光熔覆Ti-Al-2wt.%W熔覆层高温抗氧化性能的提高主要体现在以下几个方面:(1)氧化层中的晶粒尺寸随着W含量的增加而逐渐细化,使氧化层变得更致密,降低氧气进入金属内部的速率。(2)W元素的添加提高了Al的外扩散,促进氧化层表面生成更多的Al2O3膜,而Al2O3氧化膜相比Ti的氧化膜有更高的高温抗氧化性能和稳定性;而添加2wt.%W含量熔覆层,Al元素向外扩散明显增多,促进氧化层表面致密化。(3)生成的TiO2和Al2O3混合氧化膜能将基体表面完整覆盖且没有裂纹产生,从而将氧气与基体隔离;因此,基体得到有效保护。获得优异工艺参数为:光斑直径D=1.6mm,激光功率P=400W,扫描速度V=350mm/min,保护气体Ar流量12L/min。
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