网状结构tibwtc4复合材料tial3涂层制备及氧化性能-preparation and oxidation properties of tial 3 coating of tib wtc 4 composite with reticular structure.docx
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网状结构tibwtc4复合材料tial3涂层制备及氧化性能-preparation and oxidation properties of tial 3 coating of tib wtc 4 composite with reticular structure
Classified Index:TB 331
U.D.C:621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
FABRICATION AND OXIDATION PERFORMANCE OF TiAl3 COATING ON TiBw/TC4 COMPOSITES WITH NETWORK MICROSTRUCTURE
Candidate: Xie Yingying
Supervisor: Prof. Geng Lin
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Material Science
Affiliation: School of Material Science and
Engineering
Date of Defence: June, 2015
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
摘 要
本文以提高网状结构 TiBw/TC4 复合材料高温抗氧化性能为目的,采用热浸铝 的方法在网状结构 TiBw/TC4 复合材料表面成功制备出了一层 TiAl3 高温抗氧化涂 层。通过扫描电镜观察研究了助镀剂和表面覆盖剂、热浸铝保温时间、热处理工 艺参数对网状结构 TiBw/TC4 复合材料热浸铝所得 TiAl3 涂层致密性及层厚的影响。 采用维氏硬度仪对热浸铝后的网状结构 TiBw/TC4 复合材料试样基体内部及 TiAl3 涂层的显微硬度进行了表征。对热浸铝前后的网状结构 TiBw/TC4 复合材料试样进 行了高温氧化测试,采用扫描电镜、EDS 能谱及 XRD 物相分析等分析测试方法研 究了氧化层的微观形貌和组织演变,结合氧化动力学曲线,对比分析了热浸铝前 后网状结构 TiBw/TC4 复合材料试样的高温抗氧化性能及抗氧化机理。
对热浸铝工艺的研究结果表明,助镀剂和表面覆盖剂的添加可以改善热浸铝 效果,提高热浸铝所得 TiAl3 涂层的厚度;相同铝液温度,热浸铝保温时间越长, 所得 TiAl3 涂层越厚;热浸铝后进行后续热处理可以提高 TiAl3 涂层的厚度及致密 性,热处理温度越高、时间越长,TiAl3 涂层越厚。针对网状结构 TiBw/TC4 复合 材料,合适的热浸铝工艺为:助镀剂(6%NaCl 水溶液+4%KF 水溶液)、表面覆 盖剂(KCl:NaCl:NaF=4:3:1),铝液温度 800℃、保温时间 30min,热处理温度 650℃、 热处理时间 5h。
显微硬度结果表明,网状结构 TiBw/TC4 复合材料热浸铝后由内到外分别为 TiBw/TC4 层(有 TiBw/无 TiBw)、TiAl3 层(致密部分/疏松部分)和纯 Al 层, HV 值分别为 473/340、435/142、38。
高温氧化测试结果表明,网状结构 TiBw/TC4 复合材料原试样氧化产物主要是
TiO2,并有少量 Al2O3,600℃氧化不严重,无明显氧化层形成,氧化增重曲线呈 近似抛物线型增加,而在 700℃和 800℃氧化严重,氧化皮大量脱落,形成多层氧
化层,氧化增重曲线呈近似直线型增加。网状结构 TiBw/TC4 热浸铝试样氧化产物
主要是 TiO2 和 Al2O3,600℃时几乎没有发生氧化;700℃氧化也不严重,无明显氧 化层,氧化增重很小;800℃时少量氧化,表面形成了一个个网状结构的氧化膜单
元,缓解了氧化层和基体材料间的热失配,提高了两者结合强度,使氧化膜不易
脱落。总体来说,网状结构 TiBw/TC4 复合材料热浸铝制备 TiAl3 涂层显著地提高 了网状结构 TiBw/TC4 复合材料在 600℃~800℃时的抗氧化性能。
关键词:网状结构 TiBw/TC4;热浸铝;反应热处理;TiAl3 涂层;高温氧化性能
- I -
Ab
Abstract
-
- II -
Abstract
The aim of this paper is to increase the oxidation properties of the TiBw/TC4 titanium matrix composites with network microstructure in high temperature. TiAl3 coating was successfully made on the TiBw/TC4 titanium matrix composites with network microstructure by hot-dipping alumium. The influence of plat
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