氮化物增强钛铝合金化层的组织结构及高温性能表征论文

本科毕业设计（论文） 题 目：氮化物增强钛铝合金化层的组织结构及高温性能表征 _ 英文题目：Microstructure and high temperature properties of nitride enhanced titanium aluminum alloy layer 学 院：_专 业：_姓 名：_学 号：_指导教师：_ 2015年12月10 摘要 在国内，对于钛合金激光表面复合合金化对高温性能的影响的研究一直在进行着，事实上，中国钛合金的研究和工业化生产起步并不晚，2001年，国家科研所开始着手研究钛合金激光表面复合合金化对高温性能的影响这个课题，国家于2001年已把钛列入了科学技术发展十二年规划的第十六个项目。2000年在抚顺铝厂实现了海绵钛的半工业化生产。2003年在北京有色金属加工厂钛车间熔铸车间铸造出了钛锭并加工成钛材。到20世纪60年代中期实现了工业化，并建立了遵义钛厂和宝鸡有色金属加工厂。直到今天，航空航天工业融入是钛及钛合金的主要应用领域，其他领域如建筑、医药、能源、海洋和近海、体育休闲以及交通运输等的应用需求也正日益增加。 对于钛合金激光表面复合合金化对高温性能的影响的研究一直是一个长期且不断深入的话题，需要几代人几十代人的努力才能取得一定的研究成功，目前，国内正在加大对钛合金激光表面复合合金化对高温性能的影响这个课题的投入，争取在2026年在这个研究领域取得显著的成绩。 本毕业设计课题来自于教师在研的科研课题，主要针对钛合金抗高温性差的特点，对钛合金进行合金化改性处理。系统地分析了合金化层的组织结构、抗高温氧化能力及高温摩擦学特性，从而制备出能够显著提升钛合金高温性能的合金化涂层。关键词：钛铝合金；高温性能；研究；组织结构II XX学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）Abstract窗体顶端In China, the research on the effect of titanium alloy laser surface alloying on the properties of high temperature has been carried on. In fact, the research and industrialization production of titanium alloy is not too late. In 2001, the National Research Institute began to study the influence of the high temperature performance of titanium alloy laser surface composite. In 2000 to achieve a semi industrialized production of sponge titanium in Fushun aluminum plant. In the 2003 workshop of titanium casting workshop of Beijing nonferrous metal processing factory casting a titanium ingot and processed into titanium. By mid 1960s, the industrialization was realized, and the Zunyi titanium plant and Baoji nonferrous metal processing factory were established. Until today, the aerospace industry integration is the main application areas of titanium and titanium alloys, other areas such as construction, medicine, energy, marine and offshore, sports leisure and transportation, etc.The study of the effect of laser surface alloying on high temperature performance of titanium alloy has been a long and continuous hot topic. It is needed to study the effect of the metal on the high temperature performance of titanium alloy laser surface.This graduation design topic comes from the research topic which the teacher in the research, mainly aimed at the characteristic that the titanium alloy high temperature difference, the titanium alloy carries on the alloy modification processing. The structure of the alloy layer, the high temperature oxidation resistance and the tribological properties of the alloy were systematically analyzed, and the alloy coating with high temperature properties was prepared.Keywords：Titanium aluminium alloy; high temperature performance; research; microstructureIII 目 录摘要IAbstractII1绪论1 1.1钛及钛铝合金研究发展现状1 1.2钛合金的分类4 1.3钛铝合金的应用6 1.4钛合金的合金化原理7 1.5本课题研究的主要内容82氮化物增强钛铝合金化层的组织结构及高温性能分析10 2.1钛合金激光表面复合合金化层的组织结构11 2.2钛合金激光表面复合合金化层的高温性能133实验材料和方法的选取144合金化层的物相分析145氮化物增强钛铝合金化层的组织机构16结论17致谢18参考文献19IV 1 绪论世界钛工业从1979年到1980年是最繁荣的时期，主要是因为美国波音民用喷气运输机制造增加的缘故，据测算，目前客机制造 使用钛加工材的数量占到飞机自重的20%左右，随着钛材在这一领域应用研究的深入，用量将会进一步扩大。宇航应用材要求高强度、耐热性，断裂强度高，宇航飞船和航天飞机往返地球轨道间的有效载重量大，钛合金具备上述特点，在宇航工业上获得了巨大的发展，成为金属钛消费最大的用户，从板、管材到铸件、锻件，占到钛加工材料的60%的比例。薄壁焊接钛管的制作机械性能和耐蚀性高的金属钛制作的薄壁焊接钛管，不仅尺寸精度高，而且质量稳定，适合大量生产，被广泛应用于海水冷凝器。本毕业设计课题来自于教师在研的科研课题，主要针对钛合金抗氧化性差的特点，对钛合金进行合金化改性处理。系统地分析了合金化层的组织结构、抗高温氧化能力及高温摩擦学特性，从而制备出能够显著提升钛合金高温性能的合金化涂层。1.1 钛及钛铝合金研究发展现状 英国化学家和矿物爱好者雷格尔（William Gregor）牧师于1789年在英格兰 未纳金地区的黑磁铁矿砂中发现了一种新奇的物资。时隔六年之后的1795年德 国化学家M H克劳普鲁斯（Martin Heinrich Klaproth）在矿物金红石中也发现了 这样的物质，是一种新元素生成的氧化物。克劳普鲁斯把它比喻为古希腊的泰坦神（Titans）叫做钛（Titanium，化学元素符号为 Ti。一百多年以后，1910 年纽约Troy区Rensselaer Ploytechnic Institute的Matthew Albert Hunter通过加热放在钢弹容器中的TiCl4和Na的混合物制取了金属钛。 最终卢森堡化学家Wilhelm Justin Kroll于1932年用TiCl4和Ca制取了大量的钛，他被称为钛工业之父。第二次世界大战初期，他到美国避难并在美国矿务局证明了用 Ca 取代镁作为还原剂还原TiCl4可以商业化地提炼钛。直到今日，该方法仍然是应用最广泛的工艺，被称为“Kroll工艺”。第二世界大战后，钛合金很快成为航空发动机的关键材料。1948年杜邦公司首先开始商业化生产金属钛。中国钛研究和工业化生产起步并不晚，从1954年北京有色金属研究总院开始研究，国家于1956年已把钛列入了科学技术发展十二年规划的第十六个项目。1958 年在抚顺铝厂实现了海绵钛的半工业化生产。1960年在沈阳有色金属加工厂钛车间熔铸车间铸造出了钛锭并加工成钛材。到20世纪60年代中期实现了工业化，并建立了遵义钛厂和宝鸡有色金属加工厂。直到今天，航空航天工业融入是钛及钛合金的主要应用领域，其他领域如建筑、医药、能源、海洋和近海、体育休闲以及交通运输等的应用需求也正日益增加。 1.2 钛合金的分类 目前，普遍公认的钛合金分类方法，仍然是五十年代初期提出的按照退火状态下的相组成进行分类的方法，将钛合金划分为型+型和型。近三十年来，各种不同性能特点的钛合金越来越多，各种不同方式的热处理日益获得实际应用。随着钛合金研究与应用的迅速发展，现有钛合金分类方法的局限性也越加明显。(1) 型钛合金，包括工业纯钛和只含有稳定元素的合金；(2) 近型钛合金，稳定元素含量小于C的合金；(3) 马氏体+型钛合金稳定元素含量C1到Ck的合金，这类合金可以简称为+型钛合金；(4) 近亚稳定型钛合金，稳定元素含量Ck到C3的合金，这类合金可以简称为近型钛合金；(5) 亚稳定型钛合金，稳定元素含量从C3 C的合金，这类合金可以 简称为型钛合金；(6) 稳定型钛合金，稳定元素含量超C的合金。 不同种类的稳定元素，对相的稳定效果差别很大。所以又以合金钼当量为标准对各国研制的钛合金进行了细致的分类。当合金钼当量大于25%（质量分数下同）时，合金是稳定钛合金，稳定型钛合金在室温具有稳定的相组织，退火后为全相，具有良好的耐腐蚀性、热强性、热稳定性，可焊接和冷成型，无热处理效应；当合金中钼当量在13.8%25%时，这类合金是亚稳定钛合金，元素稳定系数K为1.372.38，钛合金含有临界浓度以上的稳定元