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基本信息

項(xiàng)目名稱:
Si02/TiP2O7復(fù)合涂層的制備及其對Ti6Al4V合金的高溫防護(hù)
小類:
能源化工
簡介:
采用溶膠-凝膠法和創(chuàng)新性的磷酸預(yù)處理工藝,在鈦合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。由于二者優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及其與合金良好的結(jié)合能力,起到對合金的高溫防護(hù)作用,將其使用溫度提高至600°C。
詳細(xì)介紹:
Ti6Al4V合金由于其低密度、比強(qiáng)度高等特性,是航空航天工業(yè)最理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。但其在600°C以上出現(xiàn)的嚴(yán)重高溫氧脆現(xiàn)象影響到它在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。 本作品以環(huán)境友好、工藝簡單及可控制涂層納米尺寸的溶膠-凝膠法和創(chuàng)新性的磷酸預(yù)處理工藝,在鈦合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。由于二者優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及其與合金良好的結(jié)合能力,起到對合金的高溫防護(hù)作用,將其使用溫度提高至600°C。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的:本作品旨在討論一種嶄新的Si02/TiP2O7復(fù)合涂層制備工藝和高溫防護(hù)性能。 基本思路:通過磷酸浸涂處理合金表面后,采用膠凝-膠技術(shù)在合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。利用涂層材料良好的熱穩(wěn)定性,達(dá)到對鈦合金的高溫防護(hù)作用。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性:Ti6Al4V合金較差的抗高溫氧化性能限制了其應(yīng)用。而在合金表面施加涂層是有效的防護(hù)措施。 先進(jìn)性:通過磷酸浸漬/熱處理和溶膠-凝膠工藝在合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層尚屬空白。 獨(dú)特之處:磷酸處理Ti6Al4V表面以提高其抗氧化能力尚無報(bào)道。實(shí)驗(yàn)利用改性的硅溶膠在合金表面制得防護(hù)性Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

鈦合金的主干材料Ti6Al4V合金具有高強(qiáng)度、低密度和較好的耐高溫氧化性能等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空、航天及船舶工業(yè)。但較低的使用溫度(300~350°C)限制了其高溫應(yīng)用。 Si02/TiP2O7復(fù)合涂層具備對Ti6Al4V合金的高溫防護(hù)作用,提高使用溫度,延長材料壽命。同時(shí),涂層的制備工藝簡單,可大面積成膜。所以,該方法具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

含6%α穩(wěn)定元素Al和4%β穩(wěn)定元素V的Ti6Al4V合金是鈦合金中的主干材料。研究表明V元素的添加改善了鈦合金的室溫塑性,但對合金的熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化能力是有害的。在鈦合金表面施加抗氧化涂層是有效的防護(hù)方法,最近報(bào)道的主要有陶瓷涂層、鋁涂層、硅涂層及搪瓷涂層等,但大部分的涂層和基材之間存在粘附性差和嚴(yán)重的互擴(kuò)散等問題。 本文以溶膠-凝膠法聯(lián)合基材表面磷酸處理制備了Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。涂層經(jīng)XRD、SEM分析為非晶SiO2和焦磷酸鈦相組成。600°C下靜態(tài)空氣恒溫氧化實(shí)驗(yàn)表明涂層對基材起到了較好的防護(hù)作用空白樣品氧化速率常數(shù)為1.46×10-10 g2?cm-4?s-1,較涂層樣品(7.60×10-11 g2?cm-4?s-1)高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。而且涂層樣品氧化膜的TiO2體積分?jǐn)?shù)相對下降,涂層明顯抑制了氧化膜的開裂和剝落。TiP2O7相在氧化24h后仍穩(wěn)定存在。氧化膜形貌和物相分析顯示,涂層樣品基材與氧化膜之間出現(xiàn)連續(xù)的Al2O3層。

獲獎(jiǎng)情況

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

與傳統(tǒng)的鈷基和鎳基高溫合金比較,鈦合金在具有低密度的同時(shí),能夠保證高溫條件下的高強(qiáng)度、高彈性模量、低蠕變性能等優(yōu)勢,被認(rèn)為是理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。 Ti6Al4V合金是鈦合金中的主干材料,其產(chǎn)量占世界各國鈦合金總產(chǎn)量的60%。作為世界上第一個(gè)研制成功的高溫鈦合金,其使用溫度為300~350°C。它具有高強(qiáng)度、低密度和較好的耐高溫氧化性能等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空、航天及船舶工業(yè)。GE-4發(fā)動(dòng)機(jī)采用了Ti 6AI4V合金做空心葉片,與實(shí)心葉片比較,不僅重量減輕了20%,而且保證了葉片的抗侵蝕性和抗外來物損傷的性能。美國的Shultz鋼鐵公司制造的商務(wù)飛機(jī)駕駛艙框架,以及Rolls-Royce公司生產(chǎn)的商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前葉片均使用了該合金。 在高溫使用鈦合金的困難在于必須提高抗氧化性能并能滿足對力學(xué)性能的要求。能提高某種性能的措施通常會(huì)降低另外一種性能。由于氧化破壞主要限于零件的外層區(qū)域,而力學(xué)性能是由于零件的整個(gè)截面所決定的,因此同時(shí)獲得最佳力學(xué)性能和抗氧化性能的一種最有希望的方法是采用表面改性技術(shù),特別是涂層技術(shù)。對于鈦合金的抗氧化涂層一般有以下幾點(diǎn)要求:(1) 抗氧化溫度應(yīng)超過600°C;(2) 沒有固有的微觀組織缺陷;(3) 對合金的機(jī)械性能沒有不利影響。 隨著航空、航天等技術(shù)的不斷發(fā)展,對高溫防護(hù)涂層的性能以及制備技術(shù)要求也越來越高。為適應(yīng)不同工業(yè)背景的使用要求,已經(jīng)開發(fā)出了一系列的高溫防護(hù)涂層。在高溫氧化領(lǐng)域,人們習(xí)慣上將高溫防護(hù)涂層分為熱擴(kuò)散涂層;和表面包覆涂層兩類。為表述方便,將各涂層按照其組成和功能分為:(l)熱擴(kuò)散涂層;(2)陶瓷涂層;(3)MCrAIY涂層;(4)熱障涂層;(5)搪瓷涂層;這些涂層都各具優(yōu)點(diǎn),但一旦涉及到實(shí)際的使用要求,它們都有一些不盡人意的地方,有待于進(jìn)一步研究。
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