TiAl系合金表面Al-Si共渗涂层的形成机制及高温氧化性能研究

Al-Si diffusion coating is one kind of prospective oxidation resistance coating on TiAl-based alloys. However, the influence of diffusion temperature and the content of Al and Si on the microstructure of the coating is lack of study, thus the formation process and diffusion mechanism of the coating are unclear. In this project, Al-Si diffusion coating will be prepared on TiAl-based alloys by the method of cold sprayed Al-Si alloy coatings and subsequent heat-treatment because this method is easy to control the diffusion temperature and the content of Al and Si. The influence of composition of the as-sprayed coatings as well as the heat-treatment temperature and time on the microstructure and phases of the diffusion coating will be mainly investigated to reveal the formation mechanism and fulfill the control of the composition and microstructure of the diffusion coating. The high temperature oxidation behavior of the diffusion coatings with different microstructure and the microstructure and phase composition of the oxide scale will also be studied to analyze the oxidation resistance mechanism of the diffusion coating. Furthermore, the diffusion rule, microstructure of the interface and reaction products between the diffusion coating and TiAl substrate will be investigated to disclose the microstructure evolution of the diffusion coating. These study results will provide experimental and theoretical basis for application of Al-Si diffusion coating on TiAl-based alloys.

Al-Si共渗涂层是一种在TiAl系合金表面具有应用前景的高温防护涂层，但扩散温度和渗入Al、Si含量对其组织结构的影响缺少研究，其形成过程和扩散机制尚不明确。本项目将采用冷喷涂不同成分的Al-Si合金涂层和后续热扩散的方法，在TiAl系合金表面制备Al-Si共渗涂层。利用该方法易控制扩散温度和渗入涂层Al、Si含量的优势，通过研究Al-Si合金涂层成分以及热扩散温度和时间对共渗涂层组织结构的影响，阐明共渗涂层的形成过程和扩散机制，实现其组成元素含量和组织结构的调控；研究具有不同组织结构的共渗涂层的氧化性能及其表面氧化膜的微观组织结构和相组成，揭示共渗涂层的抗氧化机理；研究高温下共渗涂层与TiAl系合金之间的互扩散规律、界面结构和反应产物，阐明涂层的组织退化过程。为Al-Si共渗涂层用于TiAl系合金的高温防护提供实验基础和理论依据。

TiAl合金高温应用时需要施加防护涂层提高其抗氧化性能。Al-Si共渗涂层是一种在TiAl合金表面具有应用前景的高温防护涂层，但扩散温度和渗入Al、Si含量对其组织结构的影响缺少研究，其形成过程和扩散机制尚不明确。本项目采用冷喷涂不同成分的Al-Si合金涂层和后续热扩散的方法，在TiAl系合金表面制备Al-Si共渗涂层。利用该方法易控制扩散温度和渗入涂层Al、Si含量的优势，研究了Al-Si合金涂层成分以及热扩散温度和时间对共渗涂层组织结构的影响，探索了具有不同组织结构的共渗涂层的氧化性能及其表面氧化膜的微观组织结构和相组成，分析了高温下共渗涂层与TiAl系合金之间的互扩散规律、界面结构和反应产物。通过以上研究，阐明了共渗涂层的形成过程和扩散机制，实现了涂层组成元素含量和组织结构的调控，揭示了共渗涂层的抗氧化机理及高温下的组织退化过程。其中，通过调整涂层中Si的含量，可以利用高温下Si和Ti元素的互扩散形成原位内生的Ti5Si3扩散障。该扩散障的形成可有效降低涂层的退化速度。涂层在950℃氧化1000h后依然保持了很好的稳定性，显著提高了TiAl合金的长时抗高温氧化性能，有望用于航空发动机TiAl叶片的高温防护。项目已发表SCI收录论文3篇，EI收录论文1篇。培养青年学术骨干1名，培养博士研究生1名，硕士研究生2名。研究结果为Al-Si共渗涂层用于TiAl合金的高温防护提供了实验基础和理论依据。