γ-TiAl雙輝等離子Zr-Y共滲工藝及改性層性能研究.pdf

1、與傳統(tǒng)高溫合金相比，γ-TiAl具有密度低，比強(qiáng)度、比模量相對(duì)較高的優(yōu)勢，被公認(rèn)為最有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但是γ-TiAl在700℃以上抗氧化性能仍亟待提高，這些缺陷限制了其應(yīng)用。本課題提出采用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)，在γ-TiAl表面制備Zr-Y改性層，在高溫下涂層被氧化時(shí)表面形成氧化釔穩(wěn)定氧化鋯的熱障涂層，顯著提高其抗高溫氧化性能。
　　經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)獲得最佳工藝參數(shù)，所獲得的Zr-Y改性層的厚度約23μm，其中沉積層

2、為18μm，擴(kuò)散層為5μm。改性層表面主要由單質(zhì)Zr和單質(zhì)Y兩種相組成。經(jīng)過雙輝表面Zr-Y共滲之后，改性層的硬度比基體的硬度有了顯著提高，改性層的顯微硬度為857.2HV0.1，納米硬度達(dá)到DHT115=828.01，相比于基體有了明顯的提升。改性層的彈性模量為137.4GPa，形變能力較強(qiáng)，在溫度升高之后能抵抗熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力。
　　γ-TiAl基體與 Zr-Y改性層的高溫抗氧化性能測試實(shí)驗(yàn)分別在750℃、800℃和850℃下進(jìn)

3、行。Zr-Y共滲試樣表面氧化物為ZrO2和彌散分布的Y2O3，稀土元素Y能夠細(xì)化晶粒，使得氧化膜結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合良好，抗高溫氧化性能最好。在850℃下，Y2O3穩(wěn)定ZrO2熱障涂層給基體良好的抗氧化效果，有效改善基體的抗高溫氧化性能。
　　基體與改性層的耐磨性能在不同載荷、轉(zhuǎn)速、溫度下進(jìn)行。往復(fù)摩擦實(shí)驗(yàn)和球盤磨損實(shí)驗(yàn)表明；γ-TiAl合金表面等離子 Zr-Y共滲后，無論室溫還是高溫條件下耐磨性能得到明顯的提高。在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下