Ti合金高温蠕变及钝化影响机理的研究.pdf

I Ti 合金高温蠕变及钝化影响机理研究中文摘要钛合金有许多优点:密度小、比强度高、耐腐蚀、线膨胀系数小、无磁性、可焊等。近年来钛合金在航空航天、化工、军工、车辆工程、生物医学工程和日常生活等各个领域都有着非常重要的应用价值。发动机对钛合金的要求苛刻,它要求材料具有良好的室温性能、高温强度、蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等的匹配,尤其是合金在服役条件下的蠕变行为,它决定合金的使用寿命和发动机的安全可靠性。因此研究钛合金高温蠕变行为及其影响机理具有重要意义。钛合金具有较强的耐蚀性, 但并不是在所有的场合下都耐蚀。提高钛合金钝化能力可以改善钛合金的耐蚀性。因此研究钛合金的钝化机理具有重要意义。本文结合辽宁省教育厅重点实验室项目“钛合金高温蠕变影响因素及腐蚀机理研究”( 20060807 ),利用实空间递推方法对钛合金高温蠕变和钝化影响机理进行了研究,并得出两方面结论: 在钛合金高温蠕变影响机理研究方面,建立钛合金> < ?= 0 2 11 3 1 b ?的刃位错原子结构模型,在其位错扩张区和位错芯处分别加入合金元素以及稀土元素, 采用递归法计算 Ti 合金在位错扩张区和位错芯处的总结构能、环境敏感镶嵌能、相互作用能以及键级积分等电子结构参量。计算发现 Al 和 Sn 在位错芯比在其位错扩张区环境敏感镶嵌能高,说明 Al 和 Sn 易于在位错扩张区偏聚,而 Mo 、 W 等合金元素以及稀土元素易于在位错芯偏聚。合金元素在位错区的偏聚为第二相粒子的析出提供了条件,第二相粒子的析出阻碍了位错运动,提高了 Ti 合金的蠕变性能。键级积分计算结果表明, Ti 中加入合金元素(包括稀土) , Al 与 Ti 的作用最强,固溶强化效果最好。稀土主要是通过细化晶粒来提高钛合金蠕变性能的。在钛合金钝化机理研究方面,建立合金元素在 Ti 表面以及内部偏聚的模型, 在其表面和内部分别加入合金元素,采用递归法计算 Ti 合金表面和内部的电子态密度、环境敏感镶嵌能、费米能级等电子结构参量。计算发现 Ni 、 Co 、 Pt 、 Cr 、 Ru 、 Ir 在晶体内比在其表面的环境敏感镶嵌能高,说明 Ni 、 Co 、 Pt 、 Cr 、 Ru 、 Ir 易于在 Ti 合金表面偏聚,而 Mo 、 W 易于在晶体内部偏聚。聚集的 Ni 和 Co 以团簇的形式分布在合金表面,并与不含合金元素的 Ti 区形成微电池,在腐蚀介质的作用下使 Ti 优先分解,留下难溶的合金元素的颗粒在合金表面形成电催化层,进一步促进 Ti 合金的钝化,从而提高 Ti 合金的抗腐蚀能力。复合添加两种元素( Pd 和 Ni 、 Pd 和 Ir 、 Ru 和 Ni 、 Ru 和 Mo 、 Ru 和 W 、 Ru 和 Ir 以及 Pd II 和 Ru )与只添加 Pd 、 Pt 产生的效果相同,这样我们可以用 Ni 、 Ru 等价格较便宜的金属来代替 Pd 、 Pt 这样价格昂贵的金属,从而降低钛合金的制作成本。关键词:钛合金,合金元素,高温性能,钝化,刃位错 III The Study of the influence mechanism of High Temperature Creep and Passivation for Titanium Alloys Abstract Titanium alloys have advantages of hi gh specific strength, co rrosion resistance, excellent hot stability, low density, low lin ear expansion coefficient, non-ism and so on. In resent years, titanium alloys ha ve been extensively applied to the fields of aviation, spaceflight, chemistry industry, military industry, vehicle engineering, biology and medicine engineering and our daily life. The reques t of the engine is strict to titanium alloys. The engine requests th e material to have a good room temperature performance, a good high strength performance at high temperatures , creep propert