L12型TiAl3金属间化合物涂层的制备及性能研究

采用Ti 、Al和过渡族金属粉末直接混合，以冷喷涂后反应热扩散作为制备L12型TiAl3基金属间化合物涂层的方法，通过研究粉末配比、冷喷涂工艺、热扩散过程以及高温氧化对涂层微观结构、相组成的影响，发现冷喷涂过程中不同密度和粒度的颗粒沉积行为和涂层内元素的分布规律；反应热扩散过程中金属间化合物TiAl3的生成以及其与过渡族金属的反应规律，揭示改性TiAl3涂层的生成机制及其对涂层微观结构的影响以及涂层高温氧化行为；通过研究改性TiAl3涂层与基体钛合金之间的反应扩散和界面结构特征、反应产物与基体合金的相容性，阐明改性TiAl3涂层与基体钛合金的扩散规律和结合机制。为探索新的高抗氧化性能的合金涂层设计与制备提供新的方法与理论指导，为高温钛合金实际应用提供理论依据和防护方法。

本项目采用冷喷涂技术首先在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al涂层，然后进行反应热扩散处理，成功制备出TiAl3/Al复合涂层。.（1)涂层微观结构分析表明，形成内部为TiAl3、外部为纯Al的复合涂层。.（2）在950℃氧化后，TiAl3-Al复合涂层中的相结构发生了显著的变化。涂层内部由TiAl3相变为TiAl2相，外部由纯Al相转化为弥散分布 Al2O3 内氧化物的TiAl3相。涂层表面生成一层连续的保护性Al2O3膜。氧化直到1000 h，涂层的氧化产物仍以Al2O3为主，含有少量TiO2。.（3）氧化过程中，TiAl3相与基体发生互扩散反应退化为TiAl2相，而TiAl2的生长速度为先快后慢。. 在γ-TiAl基合金上辉光等离子溅射Cr涂层后, 用冷喷涂术制备Ti/Al复合涂层, 然后进行两阶段的反应热扩散处理，形成由Cr改性L12 型TiAl3相外层和TiAl2相内层构成的两相复合涂层。.（1）研究了Cr改性TiAl3基L12变异合金涂层的力学性能，实验结果表明：L12相硬度约为传统DO22结构TiAl3涂层的一半左右，有效地改善了该涂层的脆性。.（2）研究了所获得涂层的氧化性能。氧化实验表明，L12相及TiAl2相两相复合涂层显著改善了TiAl合金的抗氧化性能。涂层表面生成单一、连续致密的α-Al2O3膜。氧化过程中，L12相逐渐退化，TiAl2相长大。氧化50 h后，L12相呈片状分布于TiAl2相中。.（3）分析了热扩散过程和氧化过程中，涂层中各元素的扩散机制。. 通过上述研究，获得如下研究成果：. （1）确定了Cr改性L12 型TiAl3涂层制备工艺，并制备出性能良好的涂层；. （2)获得了涂层中Al/Ti/Cr元素间扩散，以及涂层与基体元素间的护扩散规律；. （3）获得了Cr改性L12 型TiAl3涂层与钛合金基体结合和涂层氧化退化机制的数据；. （4）发表文章7篇，其中SCI收录3篇，EI收录1篇，申请发明专利3项。. （5）毕业博士研究生1名，硕士研究生2名。. (6)基于此项研究的结果，项目组已将其在海洋钢结构件的防护和某直升机传动轴的表面防护中应用。