熔模精密铸造型壳对TiAl合金表面抗氧化性能影响研究

TiAl金属间化合物(以下简称TiAl合金)作为一种优质的轻质结构材料，但是其室温塑性差和高温下抗氧化性不足限制了TiAl合金的应用。因此，提高TiAl合金在高温下的抗氧化性具有重要意义。本课题采用熔模精密铸造的方法，在熔模精密铸造的过程中即对TiAl合金进行表面处理，最终使熔模精密铸造的TiAl合金铸件具有良好的表面抗氧化性能。研究的思路是根据前人研究结果并通过热力学计算、化学反应计算分析等，在氧化物陶瓷面层型壳中加入型壳添加材料，研究新型氧化物陶瓷型壳制备过程中的关键技术，研究新型氧化物型壳精铸的TiAl合金氧化层的相组成、形态、氧化层与基体的结合能力等，新型氧化物陶瓷型壳对TiAl合金表面组织细化作用，揭示型壳添加物对铸造TiAl合金表面抗氧化性的影响机理，最终提高熔模精密铸造TiAl合金铸件的表面高温抗氧化性。

TiAl合金具有比强度高、良好的高温性能等众多优点，在航空航天领域具有很广阔的应用前景。经过研究学者多年的努力，TiAl合金已经在某些领域实现应用。目前，限制TiAl合金进一步应用的主要问题有室温塑性低、较高使用温度（850℃以上）时抗氧化能力差等。本项目主要针对TiAl合金高温下抗氧化能力不足的问题，在TiAl合金的熔模精密铸造成形方法基础上，研制一种新的氧化物陶瓷型壳材料及其制备方法，考察型壳添加合金元素对TiAl合金抗氧化能力的影响。项目完成了TiAl系合金中活度系数计算和氧化热力学计算，分析了添加元素对TiAl合金高温氧化行为的影响，并通过研究添加元素对氧化物陶瓷型壳面层形貌、质量的影响，优化了氧化物陶瓷型壳材料，确定了符合本项目要求的面层添加元素；通过在对氧化物陶瓷型壳的背层中添加有机物，使焙烧后的型壳透气性提高，改善了型壳的退让性；研究了添加合金元素后的氧化物陶瓷型壳与TiAl合金的界面反应，揭示了界面反应机理；对比研究了型壳中添加合金元素前后熔模精密铸造TiAl合金的高温氧化行为。本项目的研究结果表明在型壳中添加Si、Mo元素后浇注出的TiAl合金的抗氧化能力得到改善。