高温抗氧化腐蚀搪瓷涂层和微弧氧化涂层的制备与性能研究.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 高温抗氧化腐蚀搪瓷涂层和微弧氧化涂层的制备与性能研究 姓名：钱得书 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：胡树兵 20070530 I 摘摘 要要 钛合金因具有低密度和高比强度的特点，在航空发动机用材料中占有重要地位 室温塑性差的问题已通过添加合金元素和显微组织调控等手段基本得到解决，进一 步提高其高温抗氧化和热腐蚀性能已成为需要重点研究解决的问题之一本文通过 研究制备钛合金微弧氧化涂层和搪瓷涂层，分析两种涂层的高温氧化行为和高温腐 蚀特性，以获得具有优良抗高温氧化和热腐蚀性能的功能涂层 采用硅酸钠溶液体系对钛合金进行微弧氧化处理，确定了制备 Ti6Al4V 合金微 弧氧化涂层的最佳工艺参数通过优化的工艺参数，在 Ti6Al4V 合金基底成功制备 出致密的、与基体结合优良的微弧氧化涂层采用行星球磨技术制备超细搪瓷釉以 降低搪瓷涂层的搪烧温度，并采用喷涂搪烧方法在钛合金表面成功地制备出搪瓷涂 层搪瓷釉料球磨后，颗粒尺寸达到亚微米尺寸，可以在 950℃烧结 研究了Ti6Al4V合金搪瓷涂层和微弧氧化涂层的高温氧化性能高温氧化后， Ti6Al4V合金表面形成以TiO2为主的氧化物，氧化膜完全脱落。

而施加搪瓷涂层后， 涂层与Ti6Al4V合金界面未见明显的氧化和互扩散发生，表明搪瓷涂层能显著提高合 金的抗高温氧化性能微弧氧化生成的氧化膜与基体为冶金结合，致密的微弧氧化 膜显著提高了Ti6Al4V合金的抗恒温氧化和热震性能 研究了Ti6Al4V合金基体搪瓷涂层和微弧氧化涂层在熔融盐中的热腐蚀行为 Ti6Al4V合金熔融盐中腐蚀严重，表面腐蚀产物完全发生剥落，表面形成很厚的由三 层结构组成的腐蚀产物膜微弧氧化涂层在此种环境下经过一段时间后也完全脱落， 表面生成一层很厚的腐蚀产物搪瓷涂层由于具有较高的热化学稳定性、均匀致密 性，能将Ti6Al4V合金从腐蚀环境有效隔离，显著提高合金的抗熔融盐热腐蚀能力 关键词：关键词： 钛合金 高温氧化 热腐蚀 搪瓷涂层 微弧氧化涂层 II Abstract Titanium alloys play an important role in materials used for gas turbine engines due to their low density and high strength-to-density ratio.The problem of poor ductility of these materials at room temperature has been mostly solved by alloying and microstructure controlling. Thus the problem of farther improving high temperature oxidation and corrosion resistance has become one of the most important research subjects. Based on studying and analysing the effect of micro-arc oxidation (MAO)coating and enamel coating on high temperature oxidation and corrosion protective performance , a effective functional coating to improving the high temperature oxidation and corrosion protective performance of titanium alloys is put forward. Silicate solution was adopted as the most suitable solution for preparing the micro-arc oxidation coatings on Ti6Al4V alloy. By using optimized processing parameters, dense micro-arc oxidation coatings with good adhesion to Ti6Al4V alloy substrate were successfully prepared. In order to low the sinter temperature of the enamel coating, the enamel frit was milled in to submicron particles by ball milling，and it can be sintered at 950℃. Effect of enamel coating on oxidation property of Ti6Al4V alloy was studied and was compared with MAO coating. After oxidation, the surface of Ti6Al4V formed TiO2, and the oxidation film was completely fell of, but no oxidation and inter-diffusion was detected at the interface of enamel/Ti6Al4V.Enamel coating improved the oxidation resistance of Ti6Al4V alloy significantly. The MAO coating was metallurgical bonded between the coating and steel substrate. The dense micro-arc oxidation coatings can effectively prevent Ti6Al4V alloy from high temperature oxidation Effect of enamel coating and MAO coating on hot corrosion property in molten salt of Ti6Al4V alloy was studied.Ti6Al4V alloy suffered heavy corrosion from molten salt. III During corrosion, three layers with little protectiveness formed on Ti6Al4V alloy. However, MAO coating failed in this environment, the coating was completely fell off, and a thick corrosion layers appeared. Enamel coating showed rather chemically inert to corrosive environment , thus it could act as a barrier to corrosion by molten NaCl+Na2SO4 salt . Key words: titanium alloy high temperature oxidation hot corrosion enamel coating micro-arc oxidation coating 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。

尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献 的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和 借阅 本人授权华中科技大学可以将本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和汇编本学位论文 保密□, 在 年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 本论文属于 1 1 绪绪 论论 1.1 钛及钛合金钛及钛合金 钛是地壳中分布最广和丰度高(6.320×10-3)的元素之一，地壳中钛含量为4400 克/吨，占地壳质量的0.61%，居第9位钛资源仅次于铁、铝、镁而居第4位，是制取 钛渣、人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条、涂料的主要原料。

钛矿 物种类繁多，地壳中含钛1%以上的矿物有80多种在目前技术经济条件下，具有可 利用价值的钛矿资源主要是铁铁矿和金红石[1] 我国的钛资源现居世界之首，占世 界已开采储量的64%左右,储量约占世界钛储量的48%[2]钛主要产地为四川、河北、 海南、湖北、山东等省铁铁矿占我国钛资源总储量的98%,金红石仅占2%[3] 自从1795年钛的发现到1910年第一次制得纯度为99.9%的钛， 一共用了一百多年 的时间1940年克劳尔法奠定了钛工业的基础后，便迎来了钛工业的飞速发展，每 年以约5%的速度增长[4]从1954 年美国首次研制成功的Ti6Al4V钛合金到目前世界 上研制出的钛合金已有数百种之多,20世纪50～60年代主要是发展航空发动机用钛 合金，到现在钛合金已经应用到各个领域我国从二十世纪六十年代开始钛工业规 模生产，目前已形成年产30000吨海绵钛和13000吨钛加工材，跻身于第五大钛工业 国钛合金的分类方法较多，但主要是根据合金元素对钛的同素异构体转变温度的 影响和所得组织的不同将钛合金分为三类：1、α型钛合金，退火状态组织为单相的 α固溶体或加入微量合金元素的金属间化合物合金牌号用“TA”加顺序号表示，从 TA1至TA8共8个牌号，其中TA1至TA3是工业纯钛。

2、α+β型钛合金，即退火组织 为α+β固溶体，β相占10%~50%，该合金牌号用“TC'，加顺序号表示，共10个牌号， 其中TC4,即Ti6Al4V合金，是目前应用最为广泛的钛合金之一，其产量占世界各国钛 合金总产量的60%3 、β型钛合金是退火或淬火状态得到的单相β固溶体，合金牌 号用“TB”，加顺序号表示，有TB1和TB2两类由于钛合金独特的机械性能，高比强 度，高熔化温度，无磁性，在各种介质中都有较好的耐腐蚀性，并具有良好的加工 2 性能以及低温不脆等特性，20世纪50年代到70年代分别以“空中金属”、“陆用金属” 和“海洋金属”而著称，预计21世纪将会是“钛的世纪”，钛合金将成为继铁、铝之后崛 起的“第三金属”钛合金与其结构材料的性能比较见表1-1 表1-1 各种合金的性能比较 Table 1-1 Performance of Titanium alloys , and other materials 性能 钛合金(Ti6Al4V)铝合金(LY12)钢 （30CrMnSi） Ni基高温合金 密度gcm-3 4.5 2.7 7.8 7.9-8.5 σbMPa 980 450 1200 1250-1450 比强度 217 167 145 147-180 使用温度℃ 450 150 400 870-1090 与其它结构材料相比，钛合金的最大的优点是比强度高，并且有一定的。