鈦鋁合金將實(shí)現(xiàn)抗耐磨性等三大突破
鈦的缺點(diǎn)就是耐磨性差,表面易產(chǎn)生麻面等缺陷,目前,難以適用于滑動(dòng)機(jī)械部件。目前正在積極研究開發(fā)種種表面處理方法。適用于鈦表面處理的方法有鍍Cr、Ni為代表的濕式鍍膜法、熱擴(kuò)散法、堆焊法和濺射法等,最近比較先進(jìn)的方法是CVD、PVD、PCVD表面強(qiáng)化法。1.濕式鍍膜:主要用鍍Cr、Ni-P法,(直接在鈦上鍍Cr困難,通常在鈦基體先鍍Ni,再鍍Cr。電解法成膜速度快,厚度數(shù)微米,(裝飾性鍍層僅1um)。是一種有效的耐磨表面處理方法。2.熱擴(kuò)散法:廣泛用于鋼鐵材料的硬化處理的滲碳、氮化及硼化等熱擴(kuò)散工藝,最近也被用于鈦。主要介紹一下離子氮化法與氣體氮化不同,是采用輝光放電等離子體破壞鈦表面氧化膜,因此氮化前處理,不須除去氧化膜的機(jī)械研磨、酸洗,而且氮化效率高。鈦在850度,氮化膜厚從0.7um增至5.0um,表面硬度達(dá)1200—1600Hv,具有良好的耐膜性。3.堆焊法:利用等離子轉(zhuǎn)移弧進(jìn)行鈦表面堆焊硬化改性也具有優(yōu)良的耐磨性。方法簡(jiǎn)單,被處理材無須整個(gè)高溫下暴露,可防止力學(xué)性能的下降,。但須二次加工。僅局現(xiàn)于處理較厚的大型工件。4.濺射法:利用等離子流高速空氣射流,使滴下的熔融金屬噴鍍?cè)诒惶幚聿谋砻娴姆椒?,不須真空,可在大氣中處理,生產(chǎn)效率高。但鍍膜的密合度不夠。
中國(guó)新型
鈦鋁合金實(shí)現(xiàn)性能三大突破。航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟,其中,渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的核心部件,其承溫能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,尤其是推重比。傳統(tǒng)鎳基合金雖然各方面性能都不錯(cuò),但是它最大的缺點(diǎn)是太重,直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的能效比得不到提高。有關(guān)專家表示,PST鈦鋁合金使用溫度達(dá)900℃以上,已經(jīng)可以與鎳基合金同臺(tái)競(jìng)技,它不僅可用于葉片,還有望用在渦輪盤、高壓壓縮渦輪等部件上。一種新型材料從實(shí)驗(yàn)室到裝上飛機(jī),還有漫長(zhǎng)的道路要走。據(jù)估計(jì),PST鈦鋁合金實(shí)現(xiàn)應(yīng)用還有5~10年。
日前,南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家973計(jì)劃等資助下,經(jīng)長(zhǎng)期研究,在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得跨越性突破。其室溫拉伸塑性、屈服強(qiáng)度、高溫抗蠕變性能、承溫能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先,超過美國(guó)同類材料1~2個(gè)數(shù)量級(jí)2016美國(guó)奧蘭多國(guó)際航空航天展覽會(huì)。2007年,波音787飛機(jī)試飛成功。這種新型飛機(jī)可節(jié)油20%,氮化物(NOx)排放量減少80%,噪音顯著降低,從而引發(fā)全球關(guān)注。這種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)由美國(guó)通用電氣(GE)公司研制,采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡(jiǎn)稱4822)合金替代鎳基高溫合金,制造出最后兩級(jí)低壓渦輪葉片。這是
鈦合金首次應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。GE公司采用的4822合金也稱不上完美,它的室溫拉伸塑性不到2%,雖然足以傲視其他金屬間化合物,但它跟鎳基合金比起來還是顯得太脆了。因此,GE公司把它用在了環(huán)境溫度、危險(xiǎn)系數(shù)最低的末端兩級(jí)葉片上,這樣即使發(fā)生折斷也不會(huì)導(dǎo)致整架飛機(jī)失控。美國(guó)人這么做是看重鈦鋁合金的密度僅為鎳基合金的一半。在以克為減重單位的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上,GE公司使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約200磅,成為當(dāng)時(shí)航空與材料領(lǐng)域轟動(dòng)性的進(jìn)展。因此,
鈦鋁合金成為目前公認(rèn)的替代鎳基高溫合金的最佳新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。