TiAlCr系高温钛合金防护涂层研究

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本文首次研究了应用多弧离子镀技术,采用TiAlCr系合金靶材,在近α型高温钛合金上成功制备的TiAlCr系高温合金防护涂层。在探讨工艺参数对涂层表面形貌、组织结构、沉积速率、结合强度的影响的基础上,确立了适宜的沉积工艺,在此工艺下成功获得了两种组元含量的TiAlCr系合金涂层;并对它们的600℃静态氧化、700℃循环氧化进行了试验,绘制了700℃循环氧化动力学曲线,对涂层在各温度下不同氧化时间的表面形貌进行了金相显微镜、扫描电子显微镜的观测和分析,对涂层的高温氧化过程进行了探讨,对涂层的抗高温防护性能进行了评价;同时,还就有无涂层试样经600℃/100h、650℃/100h热暴露前后的室温拉伸性能进行了测试,就涂层对合金室温塑性的影响进行了探讨和评价。TiAlCr系合金涂层经600℃静态氧化100h后,表面形貌未发生明显变化,由其氧化前后表面成分变化判断出涂层未发生明显的纵向扩散,X射线衍射结果说明氧化氧化产物主要为θ-Al2O3和TiO2两相。700℃循环氧化试验结果表明,两涂层的氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,其中高Al含量2#涂层表现出较低Al含量1#涂层更加优良的抗氧化性,而两涂层均能明显提高合金基体的抗氧化性能。尽管在整个氧化过程中,两涂层均未形成连续致密的Al2O3保护层,但在迅速氧化的初期阶段结束后,两涂层的氧化速度都出现减缓趋势。由于1#涂层中Al含量较低,以及Cr的掺杂作用,在随后的氧化过程中,氧化速度基本一致;2#涂层在氧化中期阶段,由于θ-Al2O3所占比例大,出现稳态氧化阶段,但出现时间较晚,而在Ti的竞争生长和Cr的掺杂作用影响下,稳态氧化持续时间较短,很快进入失稳氧化阶段。对比热暴露前后涂层试样的室温拉伸性能,发现TiAlCr系合金涂层对钛合金室温拉伸塑性下降起到一定的缓冲作用。该试验研究工作充分表明,多弧离子镀用于TiAlCr系合金高温防护涂层的沉积是完全可行的,具有实际价值和发展前途。而为进一步优化TiAlCr系合金涂层的高温防护作用,沉积偏压选择、靶材成分设计、涂层组元含量、微量元素添加、拉伸塑性维持等方面仍需进一步深入研究。
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