钛合金表面低氧压熔结涂层制备及涂层氧化寿命预测

论文摘要

提出了一种新的涂层制备技术-低氧压熔结技术,突破并拓宽原有熔结涂层的粉末体系。以涂敷在合金表面的粉末体系为分类基准,将低氧压熔结涂层的制备划分为一元、二元和多元体系涂层制备法,给出了不同体系涂层制备法的熔结机制以及它们之间的相互关系,即对于多元体系涂层制备法来说,其为多个一元和二元体系涂层制备法的熔结机制相互叠加共同作用的结果;同时,为降低涂层制备熔结温度,通过选用以铝为主要组元的粉末体系和分别对每一种粉末体系涂层制备法举出一种具有代表性的例子,如一元Al体系、二元Al-Si、Al-Cr和Al-B4C体系和多元Al-Si-TiC体系,并通过选用Ti-6Al-4V合金为基体,利用炉熔法成功地制备出相应体系的低氧压熔结涂层,并通过对熔结机制的研究,进一步深化认识这种涂层制备技术以及不同体系涂层制备法之间的相互关系。通过对所制备低氧压熔结涂层的结构信息、影响因素及其涂层性能如抗氧化或磨损行为等的研究,分析和讨论了涂层形成反应动力学影响因素对于涂层制备及其性能的影响,从而为这种涂层的制备和性能的提高提供了理论依据和可供参考的实验数据,同时也为Ti-6Al-4V合金性能（如抗氧化或抗耐磨能力）的提高开辟出一种有效的涂层制备技术。此外,通过对抗氧化涂层氧化退化模型的建立,得出了涂层的氧化寿命是由抗氧化性元素的浓度及其退化速率共同作用的结果,提出了“涂层有效厚度”这一概念,分析并讨论了不同因素对涂层氧化寿命的影响,提出了涂层寿命预测公式tm （T ）=ε×N2（T）×t。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 熔结涂层的研究进展
• 1.2.1 熔结涂层的制备
• 1.2.1.1 炉熔法
• 1.2.1.2 感应熔结法
• 1.2.1.3 高能束熔结法
• 1.2.1.3.1 激光熔敷
• 1.2.1.3.2 激光表面合金化
• 1.2.1.3.3 电子束熔敷及表面合金化
• 1.2.2 熔结涂层的形成机制
• 1.2.2.1 溶解-析出
• 1.2.2.2 固-液界面反应
• 1.2.2.3 熔融金属体内的固-固界面反应
• 1.2.2.4 复合机制
• 1.2.3 熔结涂层的材料
• 1.2.3.1 涂层材料的要求
• 1.2.3.2 涂层材料中元素在熔结过程中的作用
• 1.3 涂层氧化寿命预测方面的研究进展
• 1.3.1 抗氧化元素的浓度变化
• 1.3.2 涂层的退化方式
• 1.4 研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 低氧压熔结涂层的制备
• 2.3 浸蚀实验
• 2.4 差热分析实验
• 2.5 相组成及微观组织分析
• 2.5.1 X 射线衍射分析
• 2.5.2 扫描电镜和能谱分析
• 2.5.3 透射电镜分析
• 2.5.4 直读光谱分析
• 2.6 性能测试
• 2.6.1 氧化实验
• 2.6.2 磨损实验
• 2.6.3 热冲击实验
• 2.7 实验中的自制工具
• 第三章 低氧压熔结涂层的分类、制备及其熔结机制
• 3.1 低氧压熔结涂层的分类
• 3.1.1 一元体系涂层制备法
• 3.1.2 二元体系涂层制备法
• 3.1.3 多元体系涂层制备法
• 3.2 低氧压熔结涂层的制备及其熔结机制
• 3.2.1 一元Al 体系低氧压熔结铝化物涂层
• 3.2.1.1 低氧压熔结铝化物涂层制备
• 3.2.1.2 低氧压熔结铝化物涂层熔结机制
• 3.2.2 二元Al-Si 体系低氧压熔结Al-Si 涂层
• 3.2.2.1 低氧压熔结Al-Si 涂层制备
• 3.2.2.2 低氧压熔结Al-Si 涂层熔结机制
• 3.2.3 二元Al-Cr 体系真空熔结Al-Cr 涂层
• 3.2.3.1 真空熔结Al-Cr 涂层制备
• 3.2.3.2 真空熔结Al-Cr 涂层熔结机制
• 4C 体系低氧压熔结TiC-TiB₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层'>3.2.4 二元Al-B₄C 体系低氧压熔结TiC-TiB₂颗粒增强金属基复合材料涂层
• 2 颗粒增强金属基复合材料涂层制备'>3.2.4.1 低氧压熔结TiC-TiB₂颗粒增强金属基复合材料涂层制备
• 2 颗粒增强金属基复合材料涂层熔结机制'>3.2.4.2 低氧压熔结TiC-TiB₂颗粒增强金属基复合材料涂层熔结机制
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层..'>3.2.5 多元Al-Si-TiC 体系低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层..
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层制备'>3.2.5.1 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层制备
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层熔结机制'>3.2.5.2 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层熔结机制
• 3.3 本章小结
• 第四章 低氧压熔结涂层形成反应动力学影响因素
• 4.1 低氧压熔结Al-Si 涂层
• 4.1.1 时间对低氧压熔结Al 粉和Si 粉制备Al-Si 涂层的影响
• 4.1.2 时间对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备Al-Si 涂层的影响
• 4.1.3 温度对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备Al-Si 涂层的影响
• 4.1.4 Si 含量对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备Al-Si 涂层的影响
• 2 颗粒增强金属基复合材料涂层'>4.2 低氧压熔结TiC-TiB₂颗粒增强金属基复合材料涂层
• 4C 含量对涂层制备的影响'>4.2.1 B₄C 含量对涂层制备的影响
• 4.2.2 稀释剂（TiC）对涂层制备的影响
• 2O₃）对涂层制备的影响'>4.2.3 稀土氧化物（Y₂O₃）对涂层制备的影响
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层'>4.3 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层
• 4.3.1 Al 含量对涂层制备的影响
• 4.3.2 粉末体系对涂层制备的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 低氧压熔结涂层的氧化与磨损性能
• 5.1 低氧压熔结Al-Si 涂层的氧化性能
• 5.1.1 熔结时间对低氧压熔结Al 粉和Si 粉制备Al-Si 涂层氧化性能的影响
• 5.1.2 熔结时间对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备Al-Si 涂层氧化性能的影响..
• 5.1.3 熔结温度对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备Al-Si 涂层氧化性能的影响..
• 5.1.4 Si 含量对低氧压熔结Al-Si 合金粉制备的Al-Si 涂层氧化性能的影响
• 2 颗粒增强金属基复合材料涂层的磨损性能'>5.2 低氧压熔结TiC-TiB₂颗粒增强金属基复合材料涂层的磨损性能
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层的磨损与氧化性能'>5.3 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层的磨损与氧化性能
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层的耐磨性能'>5.3.1 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层的耐磨性能
• 5.3.1.1 Al 含量对涂层耐磨性的影响
• 5.3.1.2 粉末体系对涂层的耐磨性的影响
• 3SiC₂ 颗粒增强金属基复合材料涂层的氧化性能'>5.3.2 低氧压熔结Ti₃SiC₂颗粒增强金属基复合材料涂层的氧化性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 抗氧化涂层氧化寿命预测
• 6.1 抗氧化涂层的组成
• 6.2 涂层的氧化退化模型
• 6.3 涂层的退化公式
• 6.3.1 一元理想抗氧化涂层的退化公式
• 6.3.1.1 氧化退化
• 6.3.1.2 互扩散退化
• 6.3.1.3 涂层氧化寿命评估
• 6.3.1.4 退化方程的修正
• o）'>6.3.1.4.1 临界浓度（C_o）
• c）'>6.3.1.4.2 抗氧化元素的含量（C_c）
• 6.3.1.4.3 有效厚度（a）
• 6.3.2 多元理想抗氧化涂层氧化寿命预测
• 6.3.3 非理想抗氧化涂层氧化寿命预测
• 6.3.4 氧化温度对涂层氧化寿命的影响
• 6.4 涂层的广义高温氧化
• 6.4.1 氧化介质
• 6.4.2 氧分压
• 6.4.3 外界因素
• 6.4.3.1 磨损
• 6.4.3.2 外加载荷
• 6.4.4 涂层的热腐蚀
• 6.5 涂层氧化寿命预测公式的局限性
• 6.6 TiAl 合金上铝化物涂层氧化寿命预测
• 6.7 涂层氧化寿命提高措施
• 6.8 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 1 发表论文
• 2 申报专利
• 3 参加项目
• 4 获奖情况
• 摘要
• Abstract
• 致谢