双层辉光等离子表面合金化阻燃钛合金研究

【摘要】：常规钛合金在一定的气压、温度和工作条件下会发生氧化和燃烧,而且蔓延速度很快,俗称之为“钛火”。钛合金的可燃性限制了其在某些服役条件下的应用。为了确保安全,70年代末,美英又将现役发动机中高压压气机静子叶片、机匣等钛合金零部件重新换成合金钢和镍基高温合金。俄罗斯也严格限制钛合金在民航发动机高温静止部件的应用。因此,美国和俄罗斯自70年代开始研制阻燃钛合金,我国在这方面的研究起步较晚,与国外差距较大。 90年代,国际上已经研究出Ti-V-Cr系、Ti-Cu-Al系和Ti-Nb系等多种合金体系的阻燃钛合金,具代表性的是美国的AlloyC(Ti-35V-15Cr)和Ti-45Nb;俄罗斯的BTT-1(Ti-13Cu-4Al-4Mo-2Zr)和BTT-3(Ti-18Cu-2Al-2Mo);我国的Ti-40(Ti-25V-15Cr-Si)和Ti14(Ti-13Cu-1Al)。在Ti-V-Cr系阻燃钛合金中,由于合金元素V和Cr的加入量较高,可使合金熔点下降很多,并使热导率增加,这意味着燃烧前表面会软化或熔化,吸收大量热量;同时软化的表面防止刚性摩擦的发生,也减少了摩擦热。此外加入的合金元素Cr的氧化膜致密且氧化生成热也较低。在Ti-Cu-Al系阻燃钛合金中,合金元素Cu和Al的加入使合金熔点降低,摩擦生热时,表面会析出液态相,降低摩擦系数,同时吸收大量的热。由于Nb在钛合金主要合金元素中,具有最小的氧化生成热,所以也发展了Ti-Nb系阻燃钛合金,而且Ti-Nb系合金有很好的抗蚀性能。 阻燃钛合金的研究与应用已经取得一些成就,但是总体上看还远未达到成熟的程度,无论在阻燃机理研究及生产开发应用上都有待进一步发展。比较突出的问题是: ①、熔炼困难,加工性能差; ②、大量的合金元素加入使钛合金整体力学性能降低,甚至失去了比强度高这一钛合金的基本特点;。 ③、合金元素的含量高,且这些合金元素大多比较贵重,使得阻燃钛合金的成本很高。