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.docxVIP

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2018-08-07 发布于上海
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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