论文部分内容阅读
近年来Ti-Al系金属间化合物由于具有低密度、高比强度以及良好的高温性能等优点,是潜在的航天材料,拥有可观的发展前景。但由于TiAl本身的室温脆性,对于Ti-Al系金属间化合物的研究多偏向于合金材料的制备,涂层方面并不多见。本文采用感应辅助自蔓延高温合成技术,在5CrNiMo钢表面制备了Ti-Al系金属间化合物双相涂层。对涂层进行了相关的热力学计算,并对压坯-基体的温度场分布进行了模拟。利用SEM等检测技术分析了涂层的组成结构,最后对涂层的抗氧化性能和抗Al熔损性能进行了探究。本文得出的主要结论如下:（1）TiAl和TiAl3的反应吉布斯自由能在300-1400 K的温度范围下都是小于0的,且TiAl3的反应吉布斯自由能更小,因此TiAl3更易生成。TiAl化合物的理论绝热温度为1518 K,当预热温度为605 K时,自蔓延反应可持续进行。随着预热温度的升高,TiAl化合物的理论绝热温度先升高至TiAl熔点1733 K,因TiAl熔化吸热,在TiAl完全熔化前,绝热温度不会继续上升,故而出现平台。在TiAl完全熔化后,TiAl绝热温度又会随着预热温度的上升而升高。（2）通过Deform软件对反应过程进行模拟。通过对18组正交试验的模拟结果综合分析可知,影响温差的因素感应电流最大、上柱头材料次之,制坯压力第三,交互作用的影响均小于单因素。根据最小试验目标（温差）的最优参数组合,初步确定最优工艺为电流大小300 A,制坯压力为100 MPa,石墨上柱头。（3）确定了制备双相Ti3Al（α2）+TiAl（γ）涂层的Ti粉、Al粉比例为1:1,Ti、Al比例为1:1时,涂层组织结构致密,有少量孔洞和裂痕存在。孔洞的形成主要是由于宏观物理成孔机制所造成的。涂层与基体呈冶金结合,且结合良好。涂层断面的平均硬度为377.18 HV0.2,基体平均硬度为508.57 HV0.2,交界处平均硬度为454.54 HV0.2。涂层表面平均硬度为352.67 HV0.2。涂层形成机理呈球核模型,从内到外分别为未完全反应的Ti核,Ti3Al相、TiAl相和TiAl2相。（4）Ti:Al比例为1:1时,涂层抗氧化级别为抗氧化级别,氧化层出现明显分层现象,由表层向内部依次为:TiO2层、Al2O3薄层、TiO2和Al2O3的混合物层以及氮化物层。涂层和铝合金溶液熔损界面存在扩散溶解区,扩散溶解区的厚度随熔蚀时间的增加而增加,且增长趋势符合抛物线规律。扩散溶解区的主要组成成分为TiAl3。扩散溶解区的形成符合溶解-析出机制。