钛铝合金将实现抗耐磨性等三大突破

钛的缺点就是耐磨性差，表面易产生麻面等缺陷，目前，难以适用于滑动机械部件。目前正在积极研究开发种种表面处理方法。适用于钛表面处理的方法有镀Cr、Ni为代表的湿式镀膜法、热扩散法、堆焊法和溅射法等，最近比较先进的方法是CVD、PVD、PCVD表面强化法。1.湿式镀膜：主要用镀Cr、Ni-P法，(直接在钛上镀Cr困难，通常在钛基体先镀Ni，再镀Cr。电解法成膜速度快，厚度数微米，(装饰性镀层仅1um)。是一种有效的耐磨表面处理方法。2.热扩散法：广泛用于钢铁材料的硬化处理的渗碳、氮化及硼化等热扩散工艺，最近也被用于钛。主要介绍一下离子氮化法与气体氮化不同，是采用辉光放电等离子体破坏钛表面氧化膜，因此氮化前处理，不须除去氧化膜的机械研磨、酸洗，而且氮化效率高。钛在850度，氮化膜厚从0.7um增至5.0um，表面硬度达1200—1600Hv，具有良好的耐膜性。3.堆焊法：利用等离子转移弧进行钛表面堆焊硬化改性也具有优良的耐磨性。方法简单，被处理材无须整个高温下暴露，可防止力学性能的下降，。但须二次加工。仅局现于处理较厚的大型工件。4.溅射法：利用等离子流高速空气射流，使滴下的熔融金属喷镀在被处理材表面的方法，不须真空，可在大气中处理，生产效率高。但镀膜的密合度不够。

中国新型钛铝合金实现性能三大突破。航空发动机被誉为飞机的心脏，其中，涡轮叶片是航空发动机中最关键的核心部件，其承温能力直接决定着发动机的性能，尤其是推重比。传统镍基合金虽然各方面性能都不错，但是它最大的缺点是太重，直接导致发动机的能效比得不到提高。有关专家表示，PST钛铝合金使用温度达900℃以上，已经可以与镍基合金同台竞技，它不仅可用于叶片，还有望用在涡轮盘、高压压缩涡轮等部件上。一种新型材料从实验室到装上飞机，还有漫长的道路要走。据估计，PST钛铝合金实现应用还有5~10年。

日前，南京理工大学陈光教授团队在国家973计划等资助下，经长期研究，在新型航空航天材料钛铝合金方面取得跨越性突破。其室温拉伸塑性、屈服强度、高温抗蠕变性能、承温能力等关键性能指标处于国际领先，超过美国同类材料1～2个数量级2016美国奥兰多国际航空航天展览会。2007年，波音787飞机试飞成功。这种新型飞机可节油20%，氮化物(NOx)排放量减少80%，噪音显著降低，从而引发全球关注。这种飞机发动机由美国通用电气(GE)公司研制，采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下简称4822)合金替代镍基高温合金，制造出最后两级低压涡轮叶片。这是钛合金首次应用在航空发动机上。GE公司采用的4822合金也称不上完美，它的室温拉伸塑性不到2%，虽然足以傲视其他金属间化合物，但它跟镍基合金比起来还是显得太脆了。因此，GE公司把它用在了环境温度、危险系数最低的末端两级叶片上，这样即使发生折断也不会导致整架飞机失控。美国人这么做是看重钛铝合金的密度仅为镍基合金的一半。在以克为减重单位的飞机发动机上，GE公司使单台发动机减重约200磅，成为当时航空与材料领域轰动性的进展。因此，钛铝合金成为目前公认的替代镍基高温合金的最佳新型轻质结构材料。