一种Ti3Al基合金腐蚀性能的研究

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Ti3Al基合金具有高比强度、高温蠕变强度、耐热及低密度等诸多优点,被应用在航空航天、军事、汽车等领域,尤其是航空航天用高温结构材料,另外,Ti3Al基合金因其诸多优点在海洋工程领域同样具有巨大的应用潜能。但Ti3Al基合金高温氧化性能和磨损性能差,限制了其更广泛的应用。故对Ti3Al基合金耐蚀性的研究具有重要意义。本文研究所用TD3合金为一种中等Nb含量的三相(α2+O+B2)Ti3Al基合金,目前对TD3合金的研究大多集中在其微观结构和力学性能方面,对其腐蚀性的研究并不多。针对Ti3Al基合金抗高温氧化性能差的特点,本文对TD3合金的高温氧化规律进行了研究,探讨了TD3合金在800oC、850oC及900oC的高温氧化行为,做出了各温度下的氧化动力学曲线,采用XRD、SEM、EDS等手段研究了氧化层的相结构、显微组织及形貌,对高温氧化后各试样的腐蚀情况进行对比分析,发现TD3合金随氧化温度和时间的增加,氧化增重速率提高,氧化产物主要由TiO2和Al2O3组成。针对TD3合金的海洋应用环境进行了电化学腐蚀研究,测试了该种合金在3.5%NaCl近海水溶液中的腐蚀特性,另外又配置了浓度为2%和5%NaCl溶液做对比实验。利用极化曲线求得试样在腐蚀溶液中的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、钝化电位及维钝电流等电化学参数,用光学显微镜对腐蚀后的形貌进行观察。对试样在不同浓度NaCl溶液中的腐蚀情况进行对比分析,发现TD3合金随着NaCl溶液浓度的升高,抗腐蚀能力先下降后上升。本文还对TD3合金进行500oC、600oC及700oC热氧化处理和离子氮化处理,然后对比分析了处理前、后的试样在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀情况,发现热氧化和离子渗氮处理可以有效提高TD3合金的耐蚀性,而在500oC热氧化处理后的试样耐蚀性最佳。针对Ti3Al基合金磨损性能差的特点,本文对表面处理前、后的TD3合金进行了磨损性能测试。采用往复干摩擦方式,载荷20 N,摩擦时间5 min,测得各试样的摩擦系数,用光学显微镜观察各试样磨损后的形貌。对各试样的磨损情况进行对比分析,发现热氧化处理和离子氮化同样可以提高TD3合金的耐磨性。
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