電子束物理氣相沉積制備TiAl基合金薄板的組織性能研究.pdf

1、金屬熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）是可重復(fù)使用運(yùn)載器（RLV）的關(guān)鍵技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的陶瓷防熱瓦相比，金屬TPS具有絕熱有效、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易安裝替換等優(yōu)點(diǎn)，其中最為關(guān)鍵的部分是能夠耐高溫、抗氧化的面板材料。本文采用了電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術(shù)成功地制備了可用作TPS防熱面板的TiAl、TiAl/Nb和TiAl/NiCoCrAl三種TiAl基合金薄板；同時(shí)還借助一些現(xiàn)代分析測(cè)試手段（SEM、XRD、AFM、DTA等）對(duì)其組織性能

2、進(jìn)行了研究；結(jié)合EB-PVD的工藝特點(diǎn)，利用熱力學(xué)理論對(duì)TiAl合金材料的組織形貌的形成原因進(jìn)行了分析；并對(duì)TiAl合金和TiAl/NiCoCrAl層板復(fù)合材料的抗氧化性進(jìn)行了對(duì)比研究。
　　TiAl合金的橫截面的顯微形貌內(nèi)部自然分層且為柱狀晶組織，柱狀晶的形成與基板溫度和沉積速率有關(guān)。在TiAl/Nb和TiAl/NiCoCrAl層板復(fù)合材料內(nèi)部交替疊加的TiAl層和韌化層（NiCoCrAl層或Nb層）分布均勻，界面明晰，但在Ti

3、Al層中都未發(fā)現(xiàn)自然分層現(xiàn)象。較短的蒸鍍時(shí)間和韌化層對(duì)TiAl層中Al元素蒸鍍的延緩作用是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因。
　　研究TiAl合金薄板高溫真空退火處理前后的組織變化特點(diǎn)，借助差熱分析明確了其退火擴(kuò)散機(jī)制。結(jié)合蒸鍍理論，通過(guò)詳細(xì)的熱力學(xué)分析解釋了TiAl合金薄板的組織自然分層現(xiàn)象。
　　在常溫下，三種材料中TiAl/NiCoCrAl具有最好的強(qiáng)度和韌性；在750℃的高溫下，除了TiAl合金外，層板復(fù)合材料都表現(xiàn)出明顯的屈

4、服現(xiàn)象，具有了很好的塑性；因此，韌化層能降低其脆-韌轉(zhuǎn)變溫度。從斷口形貌分析來(lái)看，TiAl/NiCoCrAl層板復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要為細(xì)晶彌散強(qiáng)化，該材料的韌化機(jī)制主要為裂紋的偏轉(zhuǎn)、微橋接和彎曲增韌機(jī)制。
　　將TiAl和TiAl/NiCoCrAl這兩種材料在850℃下進(jìn)行了100小時(shí)的恒溫氧化實(shí)驗(yàn)，并對(duì)氧化增重和氧化膜形貌進(jìn)行了比較分析。雖然兩種材料的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)都近似符合拋物線(xiàn)規(guī)律，但TiAl/NiCoCrAl的抗氧化