γtial辉光等离子渗cr及crc共渗层的组织结构与性能研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要γ-TiAl基合金密度低，具有高的比强度和比弹性模量，使用温度与高温Ni基合金相近，但其密度仅为高温Ni基合金的一半，因此被认为是新一代高温结构候选材料之一，可广泛应用于汽车或航空发动机的高温部件。然而，γ-TiAl基合金的耐磨性能和抗高温氧化能力不足严重限制了其应用范围，成为亟待解决的关键问题。利用表面处理技术在γ-TiAl基合金表面形成改性层是提高其摩擦学性能和抗高温氧化能力的重要手段。但常规的表面处理技术，如离子氮化、物理气相沉积、离子注入等获得的表面改性层，只适用于改善其在常温下中低载荷和中低滑动速度下的摩擦学性能，在高温高载荷、高滑动速

2、度条件下，以上改性层往往由于改性层厚度不够、抗高温氧化能力差、韧性不足或结合强度低等问题而易导致失效。针对上述问题，本文提出采用双层辉光等离子渗金属技术（DGPSAT），在γ-TiAl基合金表面形成渗Cr及Cr-C共渗的改性层，随后用OM，EDS，XRD，SEM分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成，并测试了其表面弹性模量、表面显微硬度、高温（500℃）和常温摩擦磨损性能以及抗高温（830℃）氧化能力。试验结果表明：（1）在一定的试验参数条件下，γ-TiAl基合金可获得理想的表面改性层，其成分由表层向基体内部呈梯度分布，改性层与基体为完全冶金扩散层结合，表面弹性模量得到大幅

3、度降低；（2）双层辉光等离子渗Cr和Cr-C复合渗对提高γ-TiAl基合金的耐磨性能和高温抗氧化性能均起到有益作用，尤其是Cr-C复合渗，其表面显微硬度大大提高，表现出有益的耐磨性能和抗高温氧化能力。关键词:γ-TiAl基合金，辉光等离子铬碳共渗，耐磨性，高温抗氧化性能i南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTTheγ-TiAlbasedalloyhasspecialtiesoflowdensity,highspecificstrengthandhighelasticmodulus.ItsworkingtemperatureiscloselyuptoNibasedalloy

4、,butthedensityofγ-TiAlisahalfofNibasedalloy.Sotheγ-TiAlbasedalloyisconsideredtobeoneofthepromisinghightemperaturestructuralmaterials,forexampletheadvancedautomotiveandaerospaceenginecomponents.However,thekeyproblemsinthepracticaluseoftheγ-TiAlbasedalloyareitspoorwearresistanceandhigh-tempera

5、tureoxidationresistance.Surfacetreatmenttechniquesareveryeffectivewaystoimprovetribologicalpropertiesγ-TiAlalloyandhigh-temperatureoxidationresistance.Ionnitriding,physicalvapordepositionandion-implantationtechniquesetc.canbeusedundertheroomtemperature,low-mediumloadingandslidingvelocitycond

6、ition.However，thesurface-modificationlayersareeasilydestroyedbecauseoftheirpoorload-bearingcapacityandbondingstrengthunderthehightemperature,highloadingandslidingvelocitycondition.Tosolvetheseproblems,thispaperproposedtoformCrandCr-Csurface-modificationlayersonγ-TiA1alloybyusingthedoubleglow

7、plasmasurfacealloyingtechnique。Themicrostructure,compositionandphasestructureofthesurfacemodifiedlayerswillbeanalyzedbymeansofOM,EDS,XRDandSEM，respectively,andtheelasticmodulusoftheCr-Calloylayer,themicro-hardness,wearresistanceatbothhigh(500℃)andr