1 1.燕山大学 材料科学与工程学院, 亚稳材料国家重点实验室, 秦皇岛 066004
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 特种无机涂层实验室, 上海 200050
3 3.南京理工大学 材料评价与设计教育部工程研究中心, 先进金属与金属间化合物材料技术工信部重点实验室, 南京 210094
TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能, 是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700~900 ℃, 在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层, 并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100 ℃空气环境中服役300 h保持完好, 表现出良好的高温性能, 而NiCrAlY/YSZ涂层在1100 ℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO, 其主要成分为Al2O3, 与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100 ℃空气环境中服役300 h后, 厚度仍<8 μm。以上研究表明, 与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。
TiAl合金 TiAlCrY/YSZ涂层 等离子喷涂 高温长时间服役性能 TiAl alloy TiAlCrY/YSZ coating plasma spray high temperature long-term service performance
1 南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室，江苏 南京 210094
2 南京理工大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210094
针对TiAl基合金激光焊接过程中出现的裂纹问题，利用扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等方法研究了TiN相对接头焊缝相变织构及晶粒细化的影响。研究结果表明：当焊缝中没有TiN相时，焊接接头成形良好且没有缺陷，焊缝组织主要为Burgers α2相，焊缝区域的完整凝固路径为L→L＋β→β＋α→α＋γ→α2＋γ；当焊缝中存在TiN相时，焊接接头产生了贯穿性裂纹缺陷，主要原因是TiN是一种脆硬相，在激光焊接过程中极易引发裂纹。焊缝组织主要由TiN枝晶相及non-Burgers α2相组成，同时TiN相和α2相之间存在一定的取向关系即。TiN相对焊缝组织有晶粒细化作用。焊缝区域的完整凝固路径为L→TiN＋L→TiN＋β→TiN＋α＋γ→TiN＋α2＋γ。
激光技术 TiAl合金 激光焊接 微观组织 相变织构 晶粒细化 中国激光
2022, 49(16): 1602015
沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110870
将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉和铌粉进行机械混合,然后采用激光增材制造工艺成功制备出γ-TiAl合金样品,研究了激光功率、扫描速率和送粉量对沉积成形的影响规律,分析了沉积层的显微组织、相组成、断口形貌及沉积层的硬度分布。研究结果表明:随着激光功率增大,沉积层宽和层高均增大;随着扫描速率增大,沉积层宽和层高均减小;随着送粉量增大,沉积层的宽度增大,沉积层的高度基本不变;最佳工艺参数下得到的沉积试样成形良好,无冶金缺陷存在,沉积层由大量γ相和少量α2相组成;沿沉积试样Z方向的室温压缩屈服强度为905 MPa,抗压强度为1542 MPa,压缩率14.7%,抗拉强度为425 MPa,断后伸长率为3.3%;压缩试样和拉伸试样的断口均为准解理断口。
激光技术 激光增材制造 γ-TiAl合金; 工艺参数 显微组织 力学性能
1 沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室, 辽宁 沈阳 110136
2 沈阳航空航天大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110136
采用激光沉积制造(LDM)技术制备了γ-TiAl合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)试样, 并对不同工艺条件(激光功率和扫描速度)下试样的相组成、显微组织及显微硬度进行了分析。结果表明, 经LDM工艺制备的γ-TiAl合金显微组织特征为等轴状的初生晶粒内包含有细小层片状的γ、α2相和B2相; 扫描速度恒定, 随着激光功率的增加, 初生等轴晶晶粒尺寸逐渐增大, 晶内的α2相和B2相含量逐渐增加, γ相含量降低, 合金显微硬度逐渐增大; 激光功率恒定, 随着扫描速度的增加, 初生等轴晶晶粒尺寸逐渐减小, 晶内的α2相和B2相含量逐渐减少, γ相含量增加, 合金显微硬度逐渐增大。经综合分析认为激光功率1 200 W、扫描速度7 mm/s为最佳的γ-TiAl合金LDM工艺参数。
激光沉积制造 γ-TiAl合金 显微组织 力学性能 laser deposition manufacturing γ-TiAl alloy microstructure mechanical property
中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁 沈阳 110176
主要研究航空常用材料TiAl合金激光冲击强化效果，当激光诱导产生的冲击波大于TiAl合金的动态屈服强度时，材料表面发生塑性变形，并引入大量的位错等晶体缺陷，从而达到表面强化的目的。通过调整激光冲击的次数和激光的能量等因素，得到不同工艺参数下TiAl合金的显微硬度和表面粗糙度。对其微观结构进行透射电镜观察，并与未进行冲击的试样进行对比分析，可以看出激光冲击强化可以有效地提高受冲击表面的位错密度，当位错运动受阻形成位错线的塞积，导致位错缠结；位错受到晶界的阻碍在晶界堆积，形成位错墙，位错墙与位错缠结最终导致亚晶界的形成，为后期晶粒细化做准备，通过分析激光冲击强化机制，揭示了位错密度是材料表面力学性能提高的本质。
激光光学 TiAl合金 激光冲击强化 组织性能 中国激光
2014, 41(10): 1003013
1 北京有色金属研究总院复合材料中心, 北京 100088
2 中国航天科工集团航天特种材料及工艺技术研究所, 北京 100074
通过激光熔化同步输送的Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.5W-0.15B合金粉末，在TC4钛合金基板上逐层沉积制备出γ-TiAl合金的薄壁样品，分析了所沉积材料的开裂行为、微观组织、相组成及力学性能。结果表明，激光熔化沉积的γ-TiAl合金具有较高的开裂倾向，缩短激光扫描沉积的长度及引入具有较高韧性的钛合金作为过渡材料，可大大减缓薄壁沉积时的温度梯度和热应力，从而避免开裂的发生；激光熔化沉积γ-TiAl合金的内部组织致密，由α2+γ的层片状晶团及少量γ相组成，层片晶团的尺寸约10 μm；沉积状态下，沿薄壁长度及高度方向的室温抗拉强度分别为810 MPa和575 MPa，沿高度方向750 ℃下和长度方向850 ℃下的高温拉伸强度分别为550 MPa 和625 MPa。
激光技术 激光熔化沉积 γ-TiAl合金 微观组织 力学性能
1 南京航空航天大学 机电学院,江苏 南京 210016
2 铜陵学院 机械工程系,安徽 铜陵 244000
为了进一步提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,分别采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层,研究了两种涂层在850℃下75%Na2SO4+25%NaCl(质量分数)熔融盐中的热腐蚀行为,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀后试样的微观组织以及物相进行了分析,并讨论了激光重熔处理对涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明,等离子喷涂陶瓷涂层的腐蚀情况较为严重,经过激光重熔后可以有效提高其耐热腐蚀性能。激光重熔试样具有较高抗热腐蚀性能的原因是:一方面激光重熔消除了喷涂层的层状结构和大部分孔隙,形成了均匀致密的重熔层,减少了热腐蚀过程中的腐蚀扩散通道;另一方面归因于激光重熔使亚稳相γ-Al2O3转变为稳定相α-Al2O3。
激光重熔 等离子喷涂 Al2O3-13%TiO2纳米陶瓷涂层 热腐蚀 TiAl合金 laser remelting plasma spraying Al2O3-13%TiO2 nanostructured ceramic coating hot corrosion TiAl alloy
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 北京交通大学机电工程学院, 北京 100044
以Ni-Cr-C-CaF2复合合金粉末为原料, 采用激光熔覆技术, 在γ-TiAl合金基体表面制备出高温自润滑耐磨复合材料涂层, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段对所制备复合材料涂层的显微组织进行了分析。结果表明, 该复合材料涂层由初生的短棒状或树枝状TiC和次生的块状Al4C3碳化物增强相以及细小、弥散、球状分布的CaF2固体润滑颗粒均匀分布在塑韧性良好的NiCrAlTi (γ) 固溶体基体中, 其平均显微硬度约为HV 650, 是基体TiAl 合金的2倍。
激光技术 激光熔覆 显微组织 高温耐磨复合材料涂层 固体润滑 γ-TiAl合金
1 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏 南京210016
2 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京210016
为了研究激光重熔工艺参数对等离子体喷涂复合陶瓷涂层组织结构的影响, 根据激光重熔的特点, 采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言, 建立了TiAl合金表面激光重熔等离子体喷涂Al2O3-13%TiO2（质量分数）复合陶瓷涂层连续移动三维温度场有限元模型, 对激光重熔温度场进行了分析。分析结果表明,当陶瓷涂层厚度较大时, 受到陶瓷材料导热系数较低的影响, 激光重熔时无法使整个陶瓷层实现完全重熔, 根据重熔时作用区温度场分布, 可将整个涂层分为重熔区、烧结区和残余等离子体喷涂区; 在优化的工艺参数下, 采用相对较低的激光重熔功率和较低的扫描速度能够获得厚度较大的重熔区和烧结区。实验结果表明,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小且致密的等轴晶重熔区、烧结区和片层状残余等离子体喷涂区, 并且重熔区和烧结区厚度的计算值和实验值吻合较好。
激光技术 激光重熔 等离子体喷涂 复合陶瓷涂层 TiAl合金
1 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏,南京,210016
2 南京航空航天大学机电学院,江苏,南京,210016
根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件中的间接热力耦合方法,建立了TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层热力耦合有限元模型,对激光重熔温度场和应力场进行了分析.通过该计算模型,可以掌握激光重熔以及冷却过程中温度场和应力场随时间的变化规律.在温度场和应力场分析的基础上,讨论了激光重熔层中裂纹形成的机理及影响因素,并提出了一些解决重熔层裂纹产生的主要方法.
激光重熔 等离子喷涂 数值模拟 ANSYS有限元 温度场 应力场 TiAl合金 MCrAlY涂层
