【摘 要】
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TiAl合金作为一种新型的高温结构材料,具有轻质、高比强、耐高温和抗蠕变等优异性能,被认为是替代Ni基高温合金的理想材料。但是,850℃以上空气环境中TiAl合金表面会生成不具有保护作用的疏松结构氧化产物,高温抗氧化性能急剧下降,限制了其进一步的高温应用。涂层是解决这一问题的有效途径,其中MCr Al Y涂层不仅具有优异的高温抗氧化和抗热腐蚀性能,而且可作为热障涂层的粘结层,缓和陶瓷面层材料与基体
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TiAl合金作为一种新型的高温结构材料,具有轻质、高比强、耐高温和抗蠕变等优异性能,被认为是替代Ni基高温合金的理想材料。但是,850℃以上空气环境中TiAl合金表面会生成不具有保护作用的疏松结构氧化产物,高温抗氧化性能急剧下降,限制了其进一步的高温应用。涂层是解决这一问题的有效途径,其中MCr Al Y涂层不仅具有优异的高温抗氧化和抗热腐蚀性能,而且可作为热障涂层的粘结层,缓和陶瓷面层材料与基体之间的性质差异,成为航空发动机热端部件高温防护系统中重要的组成部分。Ti-AlX系涂层由于具有良好的高温抗氧化性能,且与TiAl合金成分相似,热膨胀系数差异小,具有良好的兼容性,成为TiAl合金表面高温抗氧化涂层的研究热点。本文采用等离子体喷涂方法,在TiAl合金表面制备了NiCrAlY涂层和TiAl Cr Y涂层,研究了涂层与基体之间的界面稳定性。取得了如下主要研究结果:1.探究了NiCrAlY涂层作为TiAl合金表面保护涂层的可行性。结果表明,950℃空气环境下涂层显著提高了TiAl合金的高温抗氧化性能;但涂层中Ni元素向基体发生了扩散,导致涂层内部由于元素缺失产生了孔隙并发生了相变,且由于氮效应使界面发生氮化,在基体表面生成了硬脆的扩散层,降低了基体的力学性能。2.以金属Cr和Mo作为TiAl合金基体与NiCrAlY涂层之间的扩散阻挡层,研究了双层涂层体系的界面稳定性。结果表明,950℃空气环境下,金属Cr作为扩散阻挡层时,不能有效抑制涂层中Ni元素向基体的扩散,且Cr元素也向基体发生了扩散;金属Mo作为扩散阻挡层时,能够显著抑制涂层与基体之间的元素互扩散,基体表面无硬脆的扩散层产生,涂层体系稳定。3.针对TiAl合金表面Ti-Al-X系高温抗氧化涂层,首先基于力学性能和高温抗氧化性能对Ti-Al-Cr系合金进行了成分优化,优选出的成分为Ti-55Al-20Cr-0.4Y（at.%）。随后采用等离子体喷涂技术在两种TiAl合金表面制备了TiAl Cr Y涂层,并研究了其高温性能。结果表明,950℃空气环境中TiAl Cr Y涂层具有良好的高温抗氧化性能,对TiAl合金起到了很好的保护作用,且涂层-基体间界面稳定,未发生明显的元素扩散现象,但涂层材料室温脆性明显,原因在于涂层内部形成了脆性的TiAl金属间化合物相。
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