ti6al4v合金热浸镀铝研究(附件)
采用热浸镀法在Ti6Al4V合金表面镀纯铝制备TiAl3涂层，并在分别进行三种处理第一种单纯浸镀不进行热处理；第二种浸镀后进行温度为550℃，保温5h热处理；第三种浸镀后进行温度为930℃，保温5h热处理。对Ti6Al4V合金热浸镀铝后又热处理的材料与Ti6Al4V合金单纯浸镀的材料进行了显微硬度试验对比。通过X射线衍射仪、扫描电镜及显微硬度测量等手段研究了涂层的组织形态和元素分析。结果表明，Ti6Al4V合金热浸镀铝且在550℃、5h退火后，涂层致密，涂层中TiAl3含量增多而Al含量则相应减少，外侧纯铝层几近消失；经930℃退火5h后，表面的涂层转化为TiAl3，但涂层中出现了较多的孔洞，涂层不致密。Ti6Al4V合金热浸镀铝后又热处理的材料比Ti6Al4V合金单纯浸镀的材料的显微硬度要低。关键词 Ti6Al4V，热浸镀铝，金属间化合物，热处理
目 录
1 绪论 1
1.1 钛合金及其应用 1
1.2 Ti6Al4V合金 2
1.3 热浸镀铝技术 4
1.3.1 热浸镀铝简介 4
1.3.2 生长机理和微观组织 5
1.3.3 温度和时间的影响 6
1.3.4 所添加化学元素的影响 7
1.3.5 工艺方法的影响 7
1.3.6 热浸镀铝+微弧氧化 8
1.4 本课题的研究内容和目的 9
2 实验材料和方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验流程 10
3 实验结果与数据分析 11
3.1 热浸镀铝后的TC4合金XRD分析 11
3.2 显微硬度分析 12
3.3 钛合金浸镀后合金层剖面形貌和EDS分析 13
3.4 涂层的显微形貌 14
3.5 涂层截面元素分布 16
3.6 实验结果讨论 16
结 论 18
致 谢 19
参考文献 20
1 绪论
1.1 钛合金及其应用
随着现在先进的科学技术和现代工业的快速发展，现代社会急切需求大量综合性能优异的合金。因为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
钛及其合金具有密度比较小、对疲劳抗性较高、温度不高时性能稳定、比强度较高等较多的长处，被称为钢和铝之后的“第三大金属”，普遍用于生物、兵器、电子、石油、化工、核电、医药、航天等范畴[13]。从二十世纪五十年代开始，国家对工业尤其是航空航天这一领域的重视，钛工业得到了飞速的发展。到了现在，钛及其合金是航天航空工业中必不可少的的工程材料。举例来说，喷气发动机上的如叶片和涡轮盘等需要较好的高温抗拉强度、高温稳定性优异、抗蠕变能力强、有高的疲劳强度和断裂韧性的工件，钛及其合金都能够很好的满足。列如化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药行业部门所使用的钛铸件大部分是容器、阀门、叶轮、泵等，它们主要处在有很强腐蚀性的液体介质或者气体介质中服役，可以保证长期正常稳定工作[4]。
汽车行业是一个具有重大潜力的钛用品市场，因为钛合金的价格昂贵，多年来发展较慢。1955年生产了一辆“全钛”汽车，虽然可取代的零件很多，但是近几年来随着技术的飞速发展，使得工业纯钛及其合金和他们的制品成本下降，可以用来做汽车发动机的阀门、轴承座、连杆、螺栓紧固件及排气系统部件等，可以有效减少内燃机往复运动件的质量和汽车的总质量。要想大规模广泛地生产汽车，必然要求一个合算的成本。一旦钛在汽车行业中得到广泛使用，钛所使用的量将远超目前它在航空航天工业中的用量[5]。
不仅如此，钛及其合金在日常生活中也得到了广泛的应用，如钛合金对于人体具有良好的生物相容性，而在用于人体骨骼牙齿之类的硬组织修复的金属材料中，钛的弹性模量与人体骨骼最为接近，能够有效减轻金属与人体之间的不相容性，而且钛对人体具有惰性，无毒性和磁性，不易与人体内部的血液、组织、器官等发生反应。由此我们可以预见医学领域会成为钛及其合金的一个稳定市场[6]。
自从钛作为化学元素被发现以来，人们进行了长时间的探索和钻研，为了钛的开采和使用。虽然金属元素钛在地壳里面分布范围宽广，但是钛与氧的结合能力较强即钛的氧化能力较强，所以在自然界中很难发现单质的钛，主要存在形式是其氧化物，而且钛的性质和制备工艺如熔点高、化学稳定性十分活泼、钛锭的冶炼需要在真空中进行、切削加工时易造成粘刀降低刀具寿命等缺陷也决定了钛不能广泛用于工业生产。我国的钛矿物的品味较低，矿物不富集，提取难度较大，所以钛及其合金价格较高。因为钛合金自身的弹性模量低、硬度较低、对磨损抵抗性能不好和在高温下氧化性能好等缺陷比较突出，妨碍了它的进一步使用，阻碍着钛及其合金在其它范围的运用[7,8]。经过研究，发现可以通过表面强化技术（如化学热处理、高能束热处理等）对钛合金进行修补和强化，使它具有更加宽广的学习研究及使用前景[9,10]。
1.2 Ti6Al4V合金
Ti6Al4V被采用最早于1954年被采用，因其具有极佳的综合力学性能和良好的加工性能，这种合金一经采用很快就成为到现在为止最重要的钛合金。在美国的主要的钛生产厂家所供应的市场中，Ti6Al4V合金占总产量的60%。随着钛及其合金在航天航空工业的发展，许多承受载荷的结构件也陆陆续续选用钛合金。波音飞机上的安装吊架现在采用了Ti6Al4V合金精铸件可以在受力非常严峻的条件下运行良好。中国飞机上的发动机接头要承受着发动机的压力、振动以及发动机产生的热量，一开始这部分是用结构钢件，发现重量增加，寿命不长未能达到理想的效果，将结构钢件换成钛合金Ti6Al4V精铸件后，不仅减轻了质量，而且使用效果也很理想。Ti6Al4V合金属于TiAlV系合金中的一种典型合金，又被称为TC4。
TC4中的Al的质量分数约为6%，因为Al的质量分数超过7%以后，塑性明显降低；而Al的质量分数在7%以下时，它起到一个固溶强化的作用使得钛合金的强度提高塑性下降不明显。V是β稳定化元素，具有β稳定化作用，它具有提高钛合金热稳定性和显著的固溶强化的作用。V的作用与Cu相似，但微晶结构加入Cu的钛合金的压缩强度明显提高[11]。
TC4是α+β型钛合金，α+β的弥散强化可以使抗拉强度达到一千兆帕左右，如果加以热处理可能还会增加。它在钛合金中是用量最大且性能研究最多数据最为全面的，据了解TC4的用量大约占现在的钛合金用量的一半[12]。TC4钛合金不同组织的性能表现也是不同的，甚至差异比较明显。它在α+β相区锻造后加退火后得到的是等轴晶粒组织，具有良好的力学性能和加工工艺性能（包括抗腐蚀性、切削加工性能、热变形性能等），具有比较高的塑性，可加工成为锻件、板材、棒材等半成品供应[13]，而如果获得魏氏组织的话，TC4的塑性、冲击韧性和疲劳极限则会到达最差[14]，TC4合金不同组织性能比较详见表11。
目 录
1 绪论 1
1.1 钛合金及其应用 1
1.2 Ti6Al4V合金 2
1.3 热浸镀铝技术 4
1.3.1 热浸镀铝简介 4
1.3.2 生长机理和微观组织 5
1.3.3 温度和时间的影响 6
1.3.4 所添加化学元素的影响 7
1.3.5 工艺方法的影响 7
1.3.6 热浸镀铝+微弧氧化 8
1.4 本课题的研究内容和目的 9
2 实验材料和方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验流程 10
3 实验结果与数据分析 11
3.1 热浸镀铝后的TC4合金XRD分析 11
3.2 显微硬度分析 12
3.3 钛合金浸镀后合金层剖面形貌和EDS分析 13
3.4 涂层的显微形貌 14
3.5 涂层截面元素分布 16
3.6 实验结果讨论 16
结 论 18
致 谢 19
参考文献 20
1 绪论
1.1 钛合金及其应用
随着现在先进的科学技术和现代工业的快速发展，现代社会急切需求大量综合性能优异的合金。因为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
钛及其合金具有密度比较小、对疲劳抗性较高、温度不高时性能稳定、比强度较高等较多的长处，被称为钢和铝之后的“第三大金属”，普遍用于生物、兵器、电子、石油、化工、核电、医药、航天等范畴[13]。从二十世纪五十年代开始，国家对工业尤其是航空航天这一领域的重视，钛工业得到了飞速的发展。到了现在，钛及其合金是航天航空工业中必不可少的的工程材料。举例来说，喷气发动机上的如叶片和涡轮盘等需要较好的高温抗拉强度、高温稳定性优异、抗蠕变能力强、有高的疲劳强度和断裂韧性的工件，钛及其合金都能够很好的满足。列如化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药行业部门所使用的钛铸件大部分是容器、阀门、叶轮、泵等，它们主要处在有很强腐蚀性的液体介质或者气体介质中服役，可以保证长期正常稳定工作[4]。
汽车行业是一个具有重大潜力的钛用品市场，因为钛合金的价格昂贵，多年来发展较慢。1955年生产了一辆“全钛”汽车，虽然可取代的零件很多，但是近几年来随着技术的飞速发展，使得工业纯钛及其合金和他们的制品成本下降，可以用来做汽车发动机的阀门、轴承座、连杆、螺栓紧固件及排气系统部件等，可以有效减少内燃机往复运动件的质量和汽车的总质量。要想大规模广泛地生产汽车，必然要求一个合算的成本。一旦钛在汽车行业中得到广泛使用，钛所使用的量将远超目前它在航空航天工业中的用量[5]。
不仅如此，钛及其合金在日常生活中也得到了广泛的应用，如钛合金对于人体具有良好的生物相容性，而在用于人体骨骼牙齿之类的硬组织修复的金属材料中，钛的弹性模量与人体骨骼最为接近，能够有效减轻金属与人体之间的不相容性，而且钛对人体具有惰性，无毒性和磁性，不易与人体内部的血液、组织、器官等发生反应。由此我们可以预见医学领域会成为钛及其合金的一个稳定市场[6]。
自从钛作为化学元素被发现以来，人们进行了长时间的探索和钻研，为了钛的开采和使用。虽然金属元素钛在地壳里面分布范围宽广，但是钛与氧的结合能力较强即钛的氧化能力较强，所以在自然界中很难发现单质的钛，主要存在形式是其氧化物，而且钛的性质和制备工艺如熔点高、化学稳定性十分活泼、钛锭的冶炼需要在真空中进行、切削加工时易造成粘刀降低刀具寿命等缺陷也决定了钛不能广泛用于工业生产。我国的钛矿物的品味较低，矿物不富集，提取难度较大，所以钛及其合金价格较高。因为钛合金自身的弹性模量低、硬度较低、对磨损抵抗性能不好和在高温下氧化性能好等缺陷比较突出，妨碍了它的进一步使用，阻碍着钛及其合金在其它范围的运用[7,8]。经过研究，发现可以通过表面强化技术（如化学热处理、高能束热处理等）对钛合金进行修补和强化，使它具有更加宽广的学习研究及使用前景[9,10]。
1.2 Ti6Al4V合金
Ti6Al4V被采用最早于1954年被采用，因其具有极佳的综合力学性能和良好的加工性能，这种合金一经采用很快就成为到现在为止最重要的钛合金。在美国的主要的钛生产厂家所供应的市场中，Ti6Al4V合金占总产量的60%。随着钛及其合金在航天航空工业的发展，许多承受载荷的结构件也陆陆续续选用钛合金。波音飞机上的安装吊架现在采用了Ti6Al4V合金精铸件可以在受力非常严峻的条件下运行良好。中国飞机上的发动机接头要承受着发动机的压力、振动以及发动机产生的热量，一开始这部分是用结构钢件，发现重量增加，寿命不长未能达到理想的效果，将结构钢件换成钛合金Ti6Al4V精铸件后，不仅减轻了质量，而且使用效果也很理想。Ti6Al4V合金属于TiAlV系合金中的一种典型合金，又被称为TC4。
TC4中的Al的质量分数约为6%，因为Al的质量分数超过7%以后，塑性明显降低；而Al的质量分数在7%以下时，它起到一个固溶强化的作用使得钛合金的强度提高塑性下降不明显。V是β稳定化元素，具有β稳定化作用，它具有提高钛合金热稳定性和显著的固溶强化的作用。V的作用与Cu相似，但微晶结构加入Cu的钛合金的压缩强度明显提高[11]。
TC4是α+β型钛合金，α+β的弥散强化可以使抗拉强度达到一千兆帕左右，如果加以热处理可能还会增加。它在钛合金中是用量最大且性能研究最多数据最为全面的，据了解TC4的用量大约占现在的钛合金用量的一半[12]。TC4钛合金不同组织的性能表现也是不同的，甚至差异比较明显。它在α+β相区锻造后加退火后得到的是等轴晶粒组织，具有良好的力学性能和加工工艺性能（包括抗腐蚀性、切削加工性能、热变形性能等），具有比较高的塑性，可加工成为锻件、板材、棒材等半成品供应[13]，而如果获得魏氏组织的话，TC4的塑性、冲击韧性和疲劳极限则会到达最差[14]，TC4合金不同组织性能比较详见表11。
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