γ-tial合金表面al2o3-y2o3_al-y复合涂层的制备及抗高温氧化性能的研究

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1、中图分类号：TG174.445论文编号：102870618-SZ053学科分类号：085204硕士学位论文γ-TiAl合金表面Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层的制备及抗高温氧化性能的研究研究生姓名李姗专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师梁文萍教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyResearchonpreparationandhightemperatureoxidat

2、ionresistancepropertiesofAl2O3-Y2O3/Al-Ycompositecoatingonthesurfaceofγ-TiAlalloyAThesisinMaterialProcessingEngineeringbyShanLiAdvisedbyProf.WenpingLingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外

3、，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文摘要γ-TiAl合金是一种优质的高温结构材料，其相对密度不到镍基合金的50％，具有轻质、高比强度、耐摩擦磨损等突出优点，被广泛应用于航空航天等众多工业领域。但由于其抗高温氧化能力有限，使得γ-TiAl的使用范围受到了极大的制约。为克服这一问题，本课题设计在γ-TiAl合金表面制备A

4、l2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层以实现高温防护。本课题首先采用射频磁控溅射技术在γ-TiAl合金表面制备出Al-Y镀层，工艺参数为：溅射功率：200W，工作气压：4Pa，极间距：20mm，保温时间：3h。然后利用射频磁控反应溅射技术在Al-Y镀层表面制备Al2O3-Y2O3镀层，设计正交试验，分析各工艺参数(溅射功率、氧分压、极间距和保温时间)对涂层性能的影响。以涂层的溅射率和结合力为评价标准，运用极差法分析确定最佳工艺参数，最后进行退火工艺处理，制备出Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层。采用SEM、EDS、XRD对涂层的组织结构、元素分布，以及物相组成进行分析，并对涂层的力学性能和抗

5、热震性能进行表征和测性。研究了Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层在不同温度(750℃、850℃、950℃)、不同时间(50h、100h、150h)下的氧化行为，并对高温氧化机理进行分析。结果表明：(1)射频磁控反应溅射制备Al2O3-Y2O3镀层的最佳工艺参数为：溅射功率：300W，氧分压：30:1，极间距：15mm，保温时间：4h。退火工艺为：扩散温度：800℃，扩散时间：15h。(2)制备出的Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层表面致密、无明显的孔洞和裂纹，由表及里各元素呈梯度分布，厚度为35μm，主要为表层的Al2O3-Y2O3镀层厚7μm；次表层的Al-Y镀层厚20μm；最里层的

6、扩散层厚8μm。Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层主要物相为Al2O3、Y2O3。(3)Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层的硬度为433.4HV0.1；结合力为58.7N，结合强度在37.88~40.03Mpa之间；纳米硬度值为12965Mpa，弹性模量值为245Gpa，相比于基体γ-TiAl合金提高了约2倍。(4)涂层在500℃空气中经过100次热震试验后失效，在50次热震循环后涂层表面仍具有较好的完整性，涂层具有较好的抗热震性能。(5)Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层在750℃、850℃、950℃氧化100h后，由于元素的扩散，形成不同的扩散层，涂层出现分层结构。氧化初期表层

7、的陶瓷层Al2O3-Y2O3起到保护作用，Y2O3起钉扎作用，金属层Al-Y缓解了Al2O3-Y2O3镀层与基体之间应力，各层之间以褶皱状结构连接；氧化剥落后期，由于Kirkendall效应，出现孔洞和裂纹加速了Ti、O元素的扩散，形成TiO2氧化物，最终导致涂层失效。(6)Al2O3-Y2O3/Al-Y复合涂层在1050℃氧化不同时间(50h、100h、150h)下，随着时间的增长，表面出现裂纹