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POSIZIONE :
Introduzione ai progressi della ricerca sul rivestimento resistente all'ossidazione ad alta temperatura sulla superficie della lega
2024-10-11

La lega di titanio ha un importante valore applicativo nella produzione di componenti chiave come i motori aerospaziali, ma le prestazioni instabili ad alta temperatura sono il motivo principale che limita le sue prospettive di sviluppo. La preparazione di un rivestimento resistente ad alta temperatura sulla superficie della lega di titanio mediante tecnologia di rivestimento laser è un modo importante per conferire alla superficie proprietà speciali senza modificare le proprietà complessive del materiale in lega di titanio. Attualmente, i rivestimenti resistenti ad alta temperatura sulle leghe di titanio includono il rivestimento ad alta temperatura a base di nichel, il rivestimento ad alta temperatura di tipo TiAl e il rivestimento in lega ad alta entropia.

Il rivestimento in lega a base di nichel ha un'elevata forza di legame, una buona resistenza all'usura e un'eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, a causa della differenza tra la velocità di diffusione degli elementi nel rivestimento e la matrice, il rivestimento diventa instabile e la forza di legame tra il rivestimento e la matrice diminuisce

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Spazzata superficiale TEM ed EDS del rivestimento composito NiCrAlY/Al dopo corrosione per 30 ore a 500 ℃

    Le prestazioni ad alta temperatura della lega di base TiAl sono simili a quelle della superlega a base di nichel con bassa densità, che tende a sostituire la lega a base di nichel. Il film di ossido di Al2O3 può essere generato in modo uniforme e compatto sulla superficie del rivestimento. C'è poca differenza nella composizione chimica tra la lega e il substrato di lega di titanio, quindi non c'è fondamentalmente alcun fenomeno di diffusione reciproca. Tuttavia, il rivestimento a gradazione binaria del rivestimento di tipo TiAl ha requisiti rigorosi sulla quantità di Al e anche le sue prestazioni antiossidanti saranno significativamente ridotte quando la temperatura di applicazione supera gli 850 ℃. Pertanto, l'aggiunta di elementi X (come Cr, Si, Ni, ecc.) nel rivestimento del sistema ti-al-X può ridurre opportunamente il contenuto di Al, promuovere la formazione di un film di ossido di Al2O3 uniforme e denso, prevenire efficacemente la diffusione di elementi di ossigeno nella matrice e avere una minore fragilità e una migliore plasticità rispetto al rivestimento iniziale binario di TiAl.

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Proprietà meccaniche della lega di titanio, del composto intermetallico di tipo TiAl e della lega a base di nichel    

Il rivestimento in lega ad alta temperatura ad alta entropia ha molte proprietà eccellenti. Per regolare il contenuto di uno o più dei seguenti elementi è possibile ottimizzare ulteriormente le prestazioni, il che ha una prospettiva di applicazione estremamente ampia nel risultato. Tuttavia, è ancora nella fase di ricerca in laboratorio. Il rapporto irragionevole di elementi, gli elementi della matrice degli effetti negativi dello strato di rivestimento, possono essere fragili e le proprietà meccaniche delle leghe ad alta entropia a corto di teoria, l'effetto non può essere inserito nella fase di applicazione reale.

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L'ossidazione ad alta temperatura è stata testata dopo il rivestimento FeCoCrNiAlx del film di ossido per la sua microstruttura

L'utilizzo della tecnologia di rivestimento laser per preparare un rivestimento antiossidante ad alta temperatura sulla superficie della lega di titanio è un modo efficace per risolvere l'instabilità delle prestazioni ad alta temperatura della lega di titanio, che migliora significativamente le prestazioni e la durata della lega di titanio in condizioni di alta temperatura, il che è di grande importanza per la sua applicazione in campo aerospaziale e in altri campi. Con il continuo sviluppo della scienza e della tecnologia, la ricerca su di essa è stata costantemente approfondita. Tuttavia, a causa dei problemi dei mezzi della tecnologia laser, delle variabili di progettazione del rivestimento e della selezione dei parametri di processo, la ricerca su di essa ha ancora molta strada da fare. I seguenti sviluppi riguardanti la preparazione di rivestimenti antiossidanti ad alta temperatura mediante tecnologia di rivestimento laser meritano un'attenzione speciale: 1) La qualità dello strato di rivestimento è strettamente correlata ai parametri tecnologici del rivestimento laser e alle proprietà del materiale di rivestimento. Ci sono ancora molte limitazioni e problemi nella progettazione di parametri di processo di rivestimento laser ottimali (come potenza laser, velocità di scansione, ecc.), che devono essere costantemente ottimizzati dai ricercatori. 2) Il sistema di materiali di rivestimento non è stato completamente stabilito, il che ne limita lo sviluppo. Pertanto, sulla base della soddisfazione della qualità dello strato di rivestimento, dovrebbe essere stabilito un nuovo sistema di materiali di rivestimento dal punto di vista dell'uso economico. Per garantire ulteriormente la qualità del rivestimento, è necessario applicare analisi in situ e altre tecniche nella preparazione del rivestimento di rivestimento. 3) È stata effettuata un'analisi comparativa dei tre rivestimenti di lega più ampiamente studiati. La differenza tra il rivestimento in lega a base di nichel e la matrice dovuta alle diverse velocità di diffusione degli elementi nel rivestimento e nella matrice ha portato alla generazione della cavità di Kirkendall. Pertanto, l'instabilità del rivestimento è instabile e la riduzione della forza di legame tra il rivestimento e la matrice. Sebbene il rivestimento in lega ad alta entropia abbia un grande potenziale, è ancora nella fase di ricerca in laboratorio. In confronto, l'alta temperatura del rivestimento in superlega TiAl ha una prospettiva migliore nell'applicazione ingegneristica.

4) La combinazione della tecnologia di rivestimento laser e della simulazione numerica al computer è diventata un mezzo importante per ottimizzare i parametri tecnologici e ottenere uno strato di rivestimento di alta qualità, che può ridurre gli sprechi inutili, migliorare i vantaggi economici e ampliare la sua gamma di applicazioni nella produzione industriale.