tial合金中的氧扩散及恒温氧化研究现状

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1、ＴｉＡｌ合金中的氧扩散及恒温氧化研究现状赵瑞峰吴泽恩吴珺张铁邦李金山(西北工业大学ꎬ凝固技术国家重点实验室ꎬ西安７１００７２)文摘ＴｉＡｌ合金由于高比强度和优异的高温力学性能ꎬ是一种极具应用潜力的轻质高温结构材料ꎬ但存在脆性大、室温塑性差以及８００℃以上抗氧化能力不足是其工程应用的最大障碍ꎮ本文对ＴｉＡｌ合金的恒温氧化行为、氧扩散以及氧化后力学性能变化规律进行了总结ꎮ基于服役环境条件下合金中的氧扩散规律及受控机制ꎬ对改善合金高温抗氧化性能的表面处理和合金化研究现状进行了归纳ꎮ分析了ＴｉＡｌ合金高温抗氧化行为研究及其

2、控制技术在今后一段时期的发展趋势ꎮ关键词ＴｉＡｌ合金ꎬ氧化ꎬ氧扩散ꎬ力学性能ꎬ研究现状中图分类号:ＴＧ１４６ＤＯＩ:１０.１２０４４/ｊ.ｉｓｓｎ.１００７－２３３０.２０１７.０３.００３ＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＯｘｙｇｅｎＤｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄＩｓｏｔｈｅｒｍａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＴｉＡｌ￣ＢａｓｅｄＡｌｌｏｙｓＺＨＡＯＲｕｉｆｅｎｇＷＵＺｅ’ｅｎＷＵＪｕｎＺＨＡＮＧＴｉｅｂａｎｇＬＩＪｉｎｓｈａｎ(ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇꎬＮｏｒｔ

3、ｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉ’ａｎ７１００７２)ＡｂｓｔｒａｃｔＴｉＡｌ￣ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｔｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａ￣ｔｕｒｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｇａｒｄｅｄａｓｃａｎｄｉｄａｔｅｓｆｏｒｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔａｎｄａｅｒｏｓｐａｃｅ.Ｈｏｗ￣ｅｖｅｒꎬｌｏｗｐｌａｓｔｉ

4、ｃｉｔｙａｎｄｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｂｏｖｅ８００℃ａｒｅｍａｉｎｏｂｓｔａｃｌｅｓｆｏｒｔｈｅｉｒｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｓ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒꎬｏｘｙｇｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｅｆｆｅｃｔｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴｉＡｌ￣ｂａｓｅｄａｌ￣ｌｏｙｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｏｘｙｇｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｉｔｓｄｅｔｅｒ

5、ｍｉｎｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄａｌｌｏｙｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＴｉＡｌａｌｌｏｙｓｈａｓｂｅｅｎａｌｓｏｒｅｖｉｅｗｅｄ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｎｅａｒｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅ￣ｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎ

6、ｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＴｉＡｌ￣ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓａｒｅｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ.ＫｅｙｗｏｒｄｓＴｉＡｌ￣ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓꎬＯｘｉｄａｔｉｏｎꎬＯｘｙｇｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎꎬＭｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙꎬＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｙｓ０引言成为了迫切的需要ꎮＴｉＡｌ合金由于其密度低、比强度随着发动机在我国航空航天领域中核心地位的高、熔点高、良好的高温抗氧化性能和抗蠕变性能等不断凸显ꎬ其综合性能的提高日益成为科学研究及商优点ꎬ成为了在航空航天和汽车工业领域具有广阔应[３－４]业应用的热点问题ꎮ更

7、高的推重比和较低的燃料消用前景的轻质高温结构材料ꎮ目前ＴｉＡｌ合金已耗率是提高发动机性能的关键所在ꎬ而重要措施之一投入应用的领域包括航空发动机涡轮叶片、排气阀和便是通过提高高温结构材料的性能来减轻发动机自活塞等苛刻服役条件ꎬ零件在服役过程中要承受高重和提高燃烧室温度ꎮ现役的航空航天发动机结构温、剧烈的空气摩擦、以及循环氧化ꎮ钛铝合金的发材料ꎬ以传统的镍基高温合金和高温钛合金为主ꎮ然展主要受到应用温度范围、应力水平和使用寿命的制而ꎬ镍基高温合金较高的密度不利于发动机推重比的约ꎬ服役温度范围取决于蠕变和抗氧化能力ꎬ应力

8、水[１]提高ꎮ钛合金虽然具有较低的密度ꎬ但其抗氧化平和使用寿命取决于疲劳特性和断裂韧性ꎬ因此对于性和高温蠕变性能上的局限依然阻碍了使用温度的氧化抗力及氧元素扩散行为的研究是推动ＴｉＡｌ合金[２]进一步提高ꎮ因此ꎬ发展新一代高温结构材料便发展不可或缺的内容ꎮ收稿日期:２０１７－０４－２１ꎻ修回日期:２０１７－０５－１８第一作者简介:赵瑞峰ꎬ１９７６年出生ꎬ研究