稀土y对ti-48al-2nb-2cr合金高温抗氧化性能的影响

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1、稀土Y对Ti-48Al-2Nb-2Cr合金高温抗氧化性能的影响周玉俊，周雪峰，陈锋，彭英博，李沛，陈光**510152025303540（南京理工大学材料设计与评价教育部工程研究中心）摘要：通过750℃、850℃高温循环氧化实验，研究了添加0.3at%稀土Y元素对Ti-48Al-2Nb-2Cr合金高温抗氧化行为的影响，采用XRD、SEM、EDS等从氧化动力学、氧化层成分组成、表面形貌、剖面结构进行了分析，结果表明：Y元素添加改善了Ti-48Al-2Nb-2Cr合金的抗氧化性能，减缓了氧化速率，减小了氧化增重，细化了氧化层颗粒，且基体与氧化层间无开裂剥落现象，Y的添加改变了氧

2、化层结构，促进了一层连续致密、具备保护性能Al2O3层生成。关键词：金属材料；TiAl合金；稀土Y；抗氧化性能；中图分类号：TG146.2InfluenceofY-additionontheoxidationresistanceofTi-48Al-2Nb-2CralloysZHOUYujun,ZHOUXuefeng,CHENFeng,PENGYingbo,LIPei,CHENGuang(EngineeringResearchCenterofMaterialsBehaviorandDesignMinstrayofEducation,NanjingUniversityofScienc

3、eandTechnology)Abstract:Inthispaper,influenceofY-additionontheoxidationresistanceofTi-48Al-2Nb-2Cralloyswasstudiedbycyclicoxidationexperimentinairat750℃and850℃.Y-containingalloysshowedbetteroxidationresistancethanY-freealloywithasignificantlylowerweightgain,moreuniformandrefinedoxideparticlein

4、thedenseoxidelayer,nospallationandcrackingatthescale/substrateinterface.AndY-additionstrengthenedtoformcontinuousAl2O3layerbutsuppressedthedevelopmentofTiO2intheoxidemulti-layeredstructures.Keywords:metalmaterial;TiAl-basedalloys;Yelement;oxidationresistance0引言γ-TiAl合金作为轻质结构材料，兼具金属与陶瓷的性能，如低密度

5、（3.9～4.2g/cm3），高熔点（1460℃）、高弹性模量、以及良好的高温力学性能等优点，满足航天动力装置恶劣工作环境各项工作条件，成为最具潜力的航空航天轻质高温结构材料，具有广阔前景[1,2,3,4]。TiAl合金作为高温结构材料能否在800℃以上长期稳定使用，很大程度上取决于其高温抗氧化性[5]。而目前TiAl合金高温抗氧化能力不足，主要由于其在高温氧化过程中未能发生Al的选择行氧化，在合金表面形成连续的Al2O3保护层，最终形成结构疏松的TiO2层或者TiO2+Al2O3的混合氧化层，TiO2的疏松结构以及其与基体之间较差的粘附性对合金起不到较好的保护作用[6]。促进形

6、成连续的Al2O3保护膜，抑制TiO2氧化层生长是提高TiAl合金抗氧化能力的重要方法。如今改善TiAl合金高温抗氧化性的方法主要两种：一是通过添加合金化元素，二是通过对合金表面进行表面改性，如表面预氧化处理、涂层技术等[7][8]。微量活性元素（如稀土元素、Hf、Zr）合金化可以显著改善合金的抗高温氧化性能，降低合金的氧化速率，提高氧化膜粘附性及抗剥落性能[9]。关于稀土Y对TiAl合金抗氧化性作者简介：周玉俊，男，硕士研究生，TiAl合金微合金化通信联系人：陈光（1962年），男，教授，主要研究方向：TiAl合金及其定向凝固、镍基单晶合金设计及单晶制备、金属玻璃研究、钢铁材料

7、设计与制备等.E-mail:gchen@njust.edu.cn-1-能影响的研究较少，已有的报道得到的研究结果尚不一致。WuY等[10]在采用粉末冶金(EPM)制备Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo-0.3C合金中添加稀土Y，发现添加Y使得合金组织明显细化，力学性能已经抗氧化性能得到提高；陈国良等[11]在合金元素对TiAl氧化行为的影响总结中将Y归为对TiAl合金抗氧化中性元素；然而ShidaY等[12]人在系统研究微合金元素对TiAl455055基合金在大气环境中高