γ-TiAl金属间化合物碳元素激光表面合金化探究.pdfVIP

T-TiAI金属间化合物碳元素激光 表面合金化研究。 何秀丽李晓轩于利根王华明 北京航空航天犬学北京市学院路37号100083 摘要本文对TiAI金属间化合物台金进行碳元素激光表面台金化，成功地制得了以硬质TiC为增强相的新 型快速凝固“原位”复合材料表面改性层。其表面改性层的组织与性能受激光处理工艺参数的控制。结果 表明，对T认l金属间化合物丽言，碳元素激光表面合金化是一种很有前途的表面改性新技术a 关键词Y．TiAl金属间化合物TiC激光表面台金化 j 引 言 pT认1金属间化台物的密度低、比强度和比模量高、高温强度和剐度优异，并且具有良 好的抗蠕变和抗氢脆能力，被看作迄今为止最有前途的航空航天用轻型高温结构材料之一。 然而，TkAl合金存在着耐磨性低的缺点，而耐磨性是决定高温部件使用性能和寿命的关键因 素之～。迄今很少有提高TiAI合金耐磨性的研究及报道【II。为提高TiAI台金的抗氧化性能， 国内外近年来曾采用离子束增强沉积12．，I、等离子氮化【11、低氧分压高温氧化【4I等表面处理技 术。但这些技术存在着涂层厚度薄、与基体结合强度低、涂层易于剥落等缺点，因而用这些 方法也难以实现提高T认l合金耐磨性的目的。 利用激光柬对材料进行表面处理是近年来发展起来并很有前途的表面改性技术。TiN、TiC 等陶瓷化台物具有很高的硬度和耐磨性，在快速凝固条件下往往具有树枝状、胞状等特殊生 长形态。利用TiAI合金中大量的合金元素钛，作者曾进行激光表面气体合金化的研究工作。 即在高纯氮气气氛下，对TiAI合金进：宁激光表面熔化，借助于氨气与熔池中高温台金液之 间的反应及随后的快速凝固，制得了以TiN为增强相的“原位”复合材料表面改性层，其硬 度和耐磨性都有显著的提高用。 TIC具有比TiN更高的熔点和硬度，具有极好的耐磨性。本文通过碳元素激光表面台金化 技术，即在一定气体保护下，对TiAl合金进行激光表面熔化，使试样表面的台金元素与熔池中 —}扫描方向 高温合金液之间发生合金化作用，通过随后的快 速凝固．制得了以高硬度的TiC为增强相的新型 快速凝固“原位”复合材料表面改性层。 2试验方法 TiAI金属间化合物实验材料选用Ti-48AI， 。 采用线切割自0100等温锻造TiAI盘坯切割尺 表面预涂活性碳粉涂层，然后对试样在氯气保 护条件下进行激光表面熔化，在此熔化进程中 碳原子溶入高温合金液，快速凝固后即在TiAI 图1碳元素激光表面合金化标意图 表面上制得了以高硬度TiC为增强相的快速凝 固“原位”耐磨复合材料表面改性层。实验装 ●曩嘉茸撩科学基金蠢助项目航空基础科：掌基金资助项目(95G51005)． 578 X射线衍射方法结合能谱分析进行物相鉴定，在1009载荷下测定表面改性层的显微硬度分布。 3试验结果及讨论 3．1 TiAl激光合金化表面改性层显微组织分析 激光表面合金化过程中，涂覆在试样表面的碳粉一方面使试样表面黑化，增加了试样对 激光束的吸收率；另一方面，碳粉中的碳原子与熔池中高温TiAl合金液之间发生强烈的合 金化作用，快速凝固后在TiAl合金激光表面改性层中形成大量胞状、树枝状及针状第二相 强相的快速凝固“原位”复合材料表面改性层。 图3为TiAI台金表面改性层中典型的显微组织 照片