论文总字数：19506字

摘 要

钛及钛合金有很多优良的性质，比如说，较高的比强度，较好的生物相容性，优良的耐蚀性等。所以，钛及钛合金在许多的领域应用都非常的广泛。然而，钛合金不足之处也比较明显，如低硬度、低耐磨性、高温下易氧化等，限制了钛及钛合金在某些特定的领域中的运用。由此可以看出，要想提高钛合金的耐磨性，硬度，抗氧化性等性质，就必须要对钛及钛合金进行合适的表面处理，这一直是钛合金研究领域的重点。有研究表明，Ti-6Al-4V（TC4）合金经过表面热浸渗铝处理后表面生成了致密的防氧化膜(Al₃Ti层)，从而显著提升抗氧化性能。

因此，本课题通过800℃以及850℃分别热浸渗铝1h，2.25h，4h来处理Ti-2.5at.% Sn钛合金样品。金相显微分析表明在Al和Ti-2.5at.%Sn之间存在明显的扩散层，Ti-2.5at.%Sn基体上出现锯齿状连续边界，且随着渗铝时间的延长，其界面趋于平缓；基于Al/Ti固相扩散或者Al/Ti液固扩散中扩散层组织演变以及相生长规律，预测Ti-2.5at.%Sn钛合金经过渗铝处理初期渗层相组成以TiAl₃相为主，且TiAl₃相的生长符合抛物线生长规律，随着渗铝时间的延长，渗层中会出现γ-TiAl相以及TiAl₂相。最后，基于Al/Ti液固扩散规律，模拟了800℃下Ti-2.5at.%Sn渗铝过程中TiAl₃相的生长过程。

关键词：Ti-2.5at.%Sn合金 热浸渗铝处理 渗层组织 TiAl₃相 生长模拟

Study on Growth of Ti-2.5Sn Titanium Alloy Hot-dip Aluminized Layer

Abstract

Titanium and titanium alloys have plenty of excellent performance, such as higher specific strength, better biocompatibility, and excellent corrosion resistance. Therefore, titanium alloys are widely used in many fields. However, it is also clear that defects in titanium alloys limit the use of titanium and titanium alloys in certain specific areas, such as low hardness, low wear resistance and easy oxidation at high temperatures. In order to improve the properties such as wear resistance, hardness, and oxidation resistance of titanium alloys, titanium and titanium alloys, which were the focus of research on titanium alloys, must be subjected to appropriate surface treatment.The premiary study showed that the formation of the dense anti-oxidation film (Al₃Ti layer) on the Ti-6Al-4V alloy（TC4） by hot-dipping aluminum treatment was good for promoting the anti-oxidation performance.

Therefore, this subject treats Ti-2.5at.%Sn titanium alloy samples by hot infiltrating aluminum at 800 ℃ and 850 ℃ for 1h, 2.25h, and 4h, respectively.The optical microscope (OM) images for the specimen after treatment show that the diffusion layers with hundreds of microns were formed between the Al and Ti-2.5at. % Sn alloys. Besides，a zigzag continuous boundary appears on the Ti-2.5at.% Sn matrix and with the process time increases, this interface trend to be smooth. Based on the studies of the Al / Ti solid diffusion and Al / Ti liquid-solid diffusion experiments, the TiAl₃ phase is predicted to form firstly and its growth should obey the parabolic growth rule, i.e. controlled by the diffusion mechanism. However, γ-TiAl phase and TiAl₂ phase may be formed as the treating time increases. At last, the growth of TiAl₃ phase at 800 ℃ vesus treating time was simulated based on Al / Ti liquid-solid diffusion measurements.

Keywords: Ti-2.5at.% Sn alloy; Hot-dipping aluminum treatment; Phase composition,; TiAl₃ phase; Growth simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 钛合金表面处理工艺 1

1.3热浸渗铝工艺与研究现状 2

1.3.1 热浸渗铝工艺与应用 2

1.3.2 热浸渗铝研究现状 3

1.3.3热浸渗铝机理与渗层生长动力学 3

1.4钛合金热浸渗铝处理研究 4

1.4.1钛合金热浸渗铝形貌 4

1.4.2钛合金热浸渗铝渗层性能研究 5

1.5课题意义与创新点 7

第二章 实验材料与实验方案 8

2.1 实验原料与设备 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 实验设备 8

2.2 Ti-2.5at.%Sn合金热浸渗铝实验 8

2.2.1 Ti-2.5at.%Sn合金熔炼与制备 8

2.2.2 Ti-2.5at.%Sn合金热浸渗铝样品制备 9

2.3 Ti-2.5at.%Sn合金热浸渗铝样品表征 9

2.3.1金相样品制备与表征 9

2.3.2 X射线衍射分析 9

2.3.3 扫描/能谱分析 10

第三章 Ti-2.5at.%Sn合金热浸渗铝研究 11

3.1 Ti-2.5at.%Sn合金热浸渗铝样品截面微观组织 11

3.2 Ti-2.5at.%Sn合金渗层相预测 12

3.3 Ti-2.5at.%Sn合金渗层生长模拟 15

3.4本章小结 17

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 绪论

1.1课题研究背景

钛及钛合金有很多优良的性质，比如说，较高的比强度，较好的生物相容性，优良的耐蚀性等，因此在航空航天、船舶、海洋、石油化工、生物工程、医学等领域应用广泛^[1]。钛作为“第三金属”，其应用的范围已成为一个国家经济水平、战略地位的标志^[2]。目前，随着航空领域的发展，人们对钛合金材料的需求量也在不断增加，飞机的先进性更与Ti合金的用量直接挂钩^[3]。然而，因为钛合金有低硬度、低耐磨性、高温下易氧化等不足，会限制钛及钛合金在某些特定的领域中的运用。所以，目前对于钛合金的研究集中在如何采用合理的表面处理工艺来提高钛合金的耐磨性，硬度，抗氧化性等性质。

请支付后下载全文，论文总字数：19506字