【摘 要】
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与传统高温合金相比,γ-Ti Al具有密度低,比强度、比模量相对较高的优势,被公认为最有发展前景的高温结构材料之一。但是γ-Ti Al在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,并且在强
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与传统高温合金相比,γ-Ti Al具有密度低,比强度、比模量相对较高的优势,被公认为最有发展前景的高温结构材料之一。但是γ-Ti Al在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高,并且在强还原性介质中会发生严重的局部腐蚀或全面腐蚀,这些缺陷限制了其应用。本课题提出采用双层辉光等离子渗金属技术,在γ-Ti Al表面制备钽改性层,显著提高其抗高温氧化及耐蚀性能。经过正交实验获得最佳工艺参数,所制备的Ta改性层厚度约为25μm,与基体结合良好,结合力达到60N。表面改性层主要物相为α-Ta,并且表面显微硬度达到415.36HV0.3。Ta改性层的纳米硬度达到448.4DHT115,相对于基体有明显的升高,弹性模量为2.29×105Mpa,相对于基体明显降低说明具有较好的变形能力以及较好的抗塑性变形的能力。Ti Al基体与Ta改性层的高温抗氧化性能测试实验分别在750℃、800℃和850℃下进行。Ti Al合金渗Ta后试样表面的氧化产物以Ta2O5、Al Ta O4等混合氧化物为主,氧化膜堆积致密无孔洞,氧化动力学曲线基本符合Wagner抛物线氧化规律,合金的抗氧化性能得到提高。电化学腐蚀实验分别在10wt%和20wt%HCl溶液及10wt%和40wt%H2SO4溶液中进行,结果表明Ta改性层表面形成的Ta2O5膜具有优越的耐腐蚀能力,能有效阻止Cl-的进入,并且具有一定粘附作用,可以使原本松散的Ti O2钝化膜保持完整连续,因此其抗腐蚀性能得到提高。熔盐腐蚀实验表明,改性层表面形成一层坚固的β-Ta2O5与Al Ta O4复杂氧化物保护膜,拥有良好的热稳定性以及耐腐蚀性能,从而很好的保证了氧化膜的完整性和保护性,能有效地阻止硫、氯和氧元素的入侵,提高了改性层的耐腐蚀性。
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