基本信息
- 項目名稱：
- Si02/TiP2O7復(fù)合涂層的制備及其對Ti6Al4V合金的高溫防護
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 采用溶膠-凝膠法和創(chuàng)新性的磷酸預(yù)處理工藝，在鈦合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。由于二者優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及其與合金良好的結(jié)合能力，起到對合金的高溫防護作用，將其使用溫度提高至600°C。
- 詳細介紹：
- Ti6Al4V合金由于其低密度、比強度高等特性，是航空航天工業(yè)最理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。但其在600°C以上出現(xiàn)的嚴重高溫氧脆現(xiàn)象影響到它在實際中的廣泛應(yīng)用。 本作品以環(huán)境友好、工藝簡單及可控制涂層納米尺寸的溶膠-凝膠法和創(chuàng)新性的磷酸預(yù)處理工藝，在鈦合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。由于二者優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及其與合金良好的結(jié)合能力，起到對合金的高溫防護作用，將其使用溫度提高至600°C。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：本作品旨在討論一種嶄新的Si02/TiP2O7復(fù)合涂層制備工藝和高溫防護性能。 基本思路：通過磷酸浸涂處理合金表面后，采用膠凝-膠技術(shù)在合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。利用涂層材料良好的熱穩(wěn)定性，達到對鈦合金的高溫防護作用。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 科學(xué)性：Ti6Al4V合金較差的抗高溫氧化性能限制了其應(yīng)用。而在合金表面施加涂層是有效的防護措施。 先進性：通過磷酸浸漬/熱處理和溶膠-凝膠工藝在合金表面制備Si02/TiP2O7復(fù)合涂層尚屬空白。 獨特之處：磷酸處理Ti6Al4V表面以提高其抗氧化能力尚無報道。實驗利用改性的硅溶膠在合金表面制得防護性Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 鈦合金的主干材料Ti6Al4V合金具有高強度、低密度和較好的耐高溫氧化性能等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空、航天及船舶工業(yè)。但較低的使用溫度(300~350°C)限制了其高溫應(yīng)用。 Si02/TiP2O7復(fù)合涂層具備對Ti6Al4V合金的高溫防護作用，提高使用溫度，延長材料壽命。同時，涂層的制備工藝簡單，可大面積成膜。所以，該方法具有較高的實際應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 含6%α穩(wěn)定元素Al和4%β穩(wěn)定元素V的Ti6Al4V合金是鈦合金中的主干材料。研究表明V元素的添加改善了鈦合金的室溫塑性，但對合金的熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化能力是有害的。在鈦合金表面施加抗氧化涂層是有效的防護方法，最近報道的主要有陶瓷涂層、鋁涂層、硅涂層及搪瓷涂層等，但大部分的涂層和基材之間存在粘附性差和嚴重的互擴散等問題。 本文以溶膠-凝膠法聯(lián)合基材表面磷酸處理制備了Si02/TiP2O7復(fù)合涂層。涂層經(jīng)XRD、SEM分析為非晶SiO2和焦磷酸鈦相組成。600°C下靜態(tài)空氣恒溫氧化實驗表明涂層對基材起到了較好的防護作用空白樣品氧化速率常數(shù)為1.46×10-10 g2?cm-4?s-1，較涂層樣品(7.60×10-11 g2?cm-4?s-1)高近一個數(shù)量級。而且涂層樣品氧化膜的TiO2體積分數(shù)相對下降，涂層明顯抑制了氧化膜的開裂和剝落。TiP2O7相在氧化24h后仍穩(wěn)定存在。氧化膜形貌和物相分析顯示，涂層樣品基材與氧化膜之間出現(xiàn)連續(xù)的Al2O3層。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] 蒲忠杰，蔡其鞏，朱靜. TiAlV金屬間化合物的高溫變形行為 [J]. 金屬學(xué)報，1989，25: 363~365. [2] 熊玉明，朱圣龍，王福會. 影響Ti合金熱穩(wěn)定性的因素 [J]. 腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2001，13: 471~475. [3]于存貞，魏德洲，朱圣龍. SiO2薄膜改善Ti6Al4V合金恒溫氧化行為的研究 [J]. 腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2007，27: 95-97. [4] X. J. Zhang, Q. Li, S. Y. Zhao, C. X. Gao and Z. G. Zhang. Sol–gel Al2O3/ZrO2 duplex films for protection of a γ-TiAl based alloy against high temperature oxidation [J]. J. Sol-Gel Sci. Technol, 2008, 47:107~114. 申報研究性報告一篇
同類課題研究水平概述
- 與傳統(tǒng)的鈷基和鎳基高溫合金比較，鈦合金在具有低密度的同時，能夠保證高溫條件下的高強度、高彈性模量、低蠕變性能等優(yōu)勢，被認為是理想的高溫結(jié)構(gòu)材料。 Ti6Al4V合金是鈦合金中的主干材料，其產(chǎn)量占世界各國鈦合金總產(chǎn)量的60%。作為世界上第一個研制成功的高溫鈦合金，其使用溫度為300~350°C。它具有高強度、低密度和較好的耐高溫氧化性能等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空、航天及船舶工業(yè)。GE-4發(fā)動機采用了Ti 6AI4V合金做空心葉片，與實心葉片比較，不僅重量減輕了20%，而且保證了葉片的抗侵蝕性和抗外來物損傷的性能。美國的Shultz鋼鐵公司制造的商務(wù)飛機駕駛艙框架，以及Rolls-Royce公司生產(chǎn)的商用飛機發(fā)動機前葉片均使用了該合金。 在高溫使用鈦合金的困難在于必須提高抗氧化性能并能滿足對力學(xué)性能的要求。能提高某種性能的措施通常會降低另外一種性能。由于氧化破壞主要限于零件的外層區(qū)域，而力學(xué)性能是由于零件的整個截面所決定的，因此同時獲得最佳力學(xué)性能和抗氧化性能的一種最有希望的方法是采用表面改性技術(shù)，特別是涂層技術(shù)。對于鈦合金的抗氧化涂層一般有以下幾點要求：(1) 抗氧化溫度應(yīng)超過600°C；(2) 沒有固有的微觀組織缺陷；(3) 對合金的機械性能沒有不利影響。 隨著航空、航天等技術(shù)的不斷發(fā)展，對高溫防護涂層的性能以及制備技術(shù)要求也越來越高。為適應(yīng)不同工業(yè)背景的使用要求，已經(jīng)開發(fā)出了一系列的高溫防護涂層。在高溫氧化領(lǐng)域，人們習(xí)慣上將高溫防護涂層分為熱擴散涂層；和表面包覆涂層兩類。為表述方便，將各涂層按照其組成和功能分為：(l)熱擴散涂層;(2)陶瓷涂層;(3)MCrAIY涂層;(4)熱障涂層;(5)搪瓷涂層;這些涂層都各具優(yōu)點，但一旦涉及到實際的使用要求，它們都有一些不盡人意的地方，有待于進一步研究。
