Ta-W涂层/钛合金体系大气气氛脉冲激光烧蚀行为

作者：彭小敏^*; 周凡; 高平平; 王建明; 朱耿立; 彭华凤; 夏长清

来源：中国有色金属学报, 2020, 30(09): 2059-2074.

• Ta-W涂层
• 钛合金
• 脉冲激光加热
• 烧蚀行为
• 循环热应力

采用电弧离子镀(AIP)在Ti-6.48Al-0.99Mo-0.91Fe(质量分数,%)钛合金表面制备Ta-10W(质量分数,%)涂层。通过脉冲激光加热试验模拟火药气体烧蚀工况,采用有限元温度场数值模拟、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析等方法,研究Ta-W涂层/钛合金体系大气气氛循环热加载烧蚀行为。结果表明:脉冲激光加热过程中,高熔点、高热导率(相比纯钛)Ta-W涂层吸收、富集热量对钛合金基体具有热障保护作用,经10～40 s加热,Ta-W涂层使加热区熔透深度从无涂层基体的190～250μm明显减少至125～180m,非加热区平均温度从无涂层基体的350～900℃大幅降低至250～500℃。由于加热区边缘温度低、温差大、熔体流动性差,利于孔洞及低熔点Al元素富集区的形成,在循环热应力作用下,该区域易成为表面横向和纵向裂纹策源地。钛合金基体加热后熔化层成分偏析严重,形成富Al带、富Mo和Fe区,在循环热应力作用下,富Al带成为截面横向裂纹的策源地;Ta-W涂层试样加热后形成熔化层、熔合层、扩散层组成的微观组织,热时间延长而尺寸逐渐变小的Ta-W涂层颗粒散布于熔化层导致涂层元素富集于此而起到持续保护作用。由于涂层与基体元素互扩散在熔合层形成孔洞(带),在循环热应力作用下,孔洞(带)为起源于表面加热区边缘的截面纵向裂纹的扩展提供便捷路径,且随加热时间(热震次数)的增加,裂纹尺寸增大,并可导致富Ta-W元素层的剥落而失效。热熔化及循环热应力为Ta-W涂层/钛合金体系大气气氛脉冲激光烧蚀失效的主要因素。

• 单位
  中南大学; 湖南工程学院