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材料工程  2017, Vol. 45 Issue (2): 24-31    DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000748
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Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响
戴景杰1,2, 张丰云2, 王阿敏2, 陈传忠1, 翁飞1
1 山东大学 材料液固结构演变与加工教育部重点实验室, 济南 250061;
2 青岛滨海学院 机电工程学院, 山东 青岛 266555
Effect of Nb Doping on High Temperature Oxidation Resistance of Ti-Al Alloyed Coatings
DAI Jing-jie1,2, ZHANG Feng-yun2, WANG A-min2, CHEN Chuan-zhong1, WENG Fei1
1 Key Laboratory for Liquid-solid Structural Evolution & Processing of Materials(Ministry of Education), Shandong University, Jinan 250061, China;
2 School of Mechanical and Electronic Engineering, Qingdao Binhai University, Qingdao 266555, Shandong, China
全文: PDF(5253 KB)   HTML()
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试。结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti3Al相。Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中。合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹。合金化层在800℃保温1000h的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能。相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高。Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al2O3的形成。
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戴景杰
张丰云
王阿敏
陈传忠
翁飞
关键词 钛合金Ti-Al合金化层Nb掺杂抗高温氧化性能    
Abstract:Ti-Al alloyed coatings with different Nb doping contents were fabricated on TC4 titanium alloy by laser surface alloying to improve high temperature oxidation resistance of the alloy. Structures and high temperature oxidation behaviors of the alloyed coatings were analyzed and tested by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and box-type resistance furnace. The results show that the alloyed coatings consist of TiAl and Ti3Al, and no niobium compound are formed in Ti-Al-Nb alloyed coatings. The alloyed coatings are uniform and exhibit excellent metallurgical bonding with the substrates. A large amount of surface cracks and a few penetrating cracks are formed in Ti-Al alloyed coating without Nb doping, while no obvious cracks are formed in Ti-Al alloyed coating with Nb doping. The oxidation mass gains of all the alloyed coatings were significantly lower than those of the substrate. The alloyed coatings with Nb doping exhibit more excellent high temperature oxidation resistance due to the beneficial machanism of Nb doping. The mechanism of Nb doping on improving high temperature oxidation resistance of Ti-Al alloyed coatings includes reducing the defect concentration of TiO2, refining oxide grains and promoting the formation of Al2O3.
Key wordstitanium alloy    Ti-Al alloyed coating    Nb doping    high temperature oxidation resistance
收稿日期: 2016-06-17      出版日期: 2017-02-23
中图分类号:  TG178  
通讯作者: 陈传忠(1963-),男,教授,博士,主要从事金属材料表面改性研究,联系地址:山东省济南市经十路17923号山东大学材料科学与工程学院(250061),czchen@sdu.edu.cn     E-mail: czchen@sdu.edu.cn
引用本文:   
戴景杰, 张丰云, 王阿敏, 陈传忠, 翁飞. Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响[J]. 材料工程, 2017, 45(2): 24-31.
DAI Jing-jie, ZHANG Feng-yun, WANG A-min, CHEN Chuan-zhong, WENG Fei. Effect of Nb Doping on High Temperature Oxidation Resistance of Ti-Al Alloyed Coatings. Journal of Materials Engineering, 2017, 45(2): 24-31.
链接本文:  
http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000748      或      http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2017/V45/I2/24
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