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TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

发布时间:2019-07-12 09:40
【摘要】:为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。
文内图片:图3涂层的循环氧化动力学曲线Fig.3Oxidationkineticscurvesofthecoatings
图片说明: 中国表面工程2015年及氧化增重。由图3可知:钛合金在700℃循环热氧化后,其氧化增重量基本是一条直线,符合氧化直线规律,而微弧氧化和微弧氧化后溶胶-凝胶复合处理的试样,700℃氧化后氧化增重曲线斜率在前40h时基本重合,但其斜率远比钛合金低;40h后,具有TM涂层的钛合金试样的增重曲线斜率开始比具有TMY复合涂层的试样增加;到90h后,微弧氧化钛合金的增重开始迅速增加,而TMY复合涂层处理试样即使到100h,,其氧化动力学曲线斜率依旧不变。可以看出TM涂层以及TMY复合涂层均可以在700℃减少对基体的氧化。循环氧化100h后,制备的TM涂层以及TMY复合涂层的试样氧化增重均比TC4钛合金试样的氧化增重有不同程度的减少,根据增重量除以原始重量得到的氧化增重可以得到:TM涂层试样热氧化增重仅为TC4试样的32%,具有TMY复合涂层的试样氧化增重仅为TC4试样的14%,表明复合涂层可以提高钛合金抗高温氧化的能力。图3涂层的循环氧化动力学曲线Fig.3Oxidationkineticscurvesofthecoatings图4涂层的氧化增重率Fig.4Rateoftheoxideweightgainofthecoatings结合氧化前后试样的XRD衍射图谱进行分析,可以看出TM涂层对于TC4钛合金的高温氧化有一定的抑制作用,但是在高温氧化过程中也在不断的被氧化;而TMY复合涂层可以有效的减少基体的被氧化,从而达到保护基体的作用。3结论(1)钛合金通过偏铝酸钠电解液微弧氧
文内图片:图4涂层的氧化增重率Fig.4Rateoftheoxideweightgainofthecoatings
图片说明: 00℃减少对基体的氧化。循环氧化100h后,制备的TM涂层以及TMY复合涂层的试样氧化增重均比TC4钛合金试样的氧化增重有不同程度的减少,根据增重量除以原始重量得到的氧化增重可以得到:TM涂层试样热氧化增重仅为TC4试样的32%,具有TMY复合涂层的试样氧化增重仅为TC4试样的14%,表明复合涂层可以提高钛合金抗高温氧化的能力。图3涂层的循环氧化动力学曲线Fig.3Oxidationkineticscurvesofthecoatings图4涂层的氧化增重率Fig.4Rateoftheoxideweightgainofthecoatings结合氧化前后试样的XRD衍射图谱进行分析,可以看出TM涂层对于TC4钛合金的高温氧化有一定的抑制作用,但是在高温氧化过程中也在不断的被氧化;而TMY复合涂层可以有效的减少基体的被氧化,从而达到保护基体的作用。3结论(1)钛合金通过偏铝酸钠电解液微弧氧化后可以得到10μm左右的多孔的TM涂层,该涂层由α-Al2O3和Al2TiO5组成;该涂层具有一定的抗氧化特性。(2)钛合金微弧氧化再经溶胶-凝胶循环提拉的方式,可以得到100μm厚的致密TMY复合涂层,该涂层镶嵌在微弧氧化层中,与微弧氧化层结合较好,同时该复合涂层具有很好的抗高温氧化特性,在700℃循环氧化100h后,复合涂层试样TMY的氧化增重不到TC4试样的15%。参考文献[1]张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用[M].北京:化学工业出版社,2005.Zha
【作者单位】: 北京科技大学新材料技术研究院;北京科技大学北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点试验室;
【基金】:国家自然科学基金(51271030)
【分类号】:TG174.4

【参考文献】

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【共引文献】

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6 张e

本文编号:2513625


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