第32卷第9期 2011年9月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHE CHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.32
No.9
September 2011
钛基体预敷硅粉氩弧堆焊层的高温氧化行为
刘红，洪贺，范珺，任振安
（1.吉林大学口腔医学院，长春130021；2.南京航空航天大学，南京211100：
3.中国科学院长春应用化学研究所，长春130022；4.吉林大学汽车材料教育部重点实验室，长春130025）
摘要：利用预敷硅粉氢弧堆焊方法，在纯钛基体表面制备出含有Ti,Si，相的堆焊层，在温度为800和900℃条件下对基体和堆焊层试样进行循环氧化试验，结果表明，不同组织堆焊层的高温抗氧化性能均比纯钛基体有明显提高．氧化试验温度低于钛的固态相变点时，堆焊层抗氧化性能按照亚共晶→共晶→过共晶的组织组成顺序提高，氧化试验温度为900℃时，三种组织组成的堆焊层的抗氧化性能与800℃时顺序相反，这主要是多次加热冷却导致相变应力积累，以及钛固溶体与Ti,Si，相的线膨胀系数不同
引起热应力，堆焊层出现内部裂纹使氧化面积增加造成的，关键词：纯钛；氨弧堆焊；堆焊层；循环氧化试验
中图分类号：TG455 0序言
文章编号：0253360X(2011)09010104
文献标识码：A
刘红
焊层的抗氧化性能差别，并分析了原因。
纯钛具有良好的力学性能、耐蚀性和生物相容性，在航空航天、化工、电力、冶金、船舶、医疗等领域有重要的应用")，但纯钛容易氧化，其使用温度一般不高于350℃，普通钛合金的工作温度超过600 ℃时，氧化将对其性能产生明显的破坏作用[2].考虑到Ti,Si，相熔点高、密度低，具有很强的高温抗氧化能力，是新一代高温结构材料之[3]．因此，在钛及其合金中加人一定量的Si元素，有助于形成 Ti,Si，相而改善其耐热性，例如，在650~850℃，对名义成分为TiSi2和TiSi8的两种钛硅合金进行空气中的高温氧化，发现Si元素有助于增强钛硅合金的抗氧化性，极大地降低了高温氧化速率(4)．此外，可以对钛及钛合金进行表面激光或电弧熔覆处理，制备含有Ti,Si，相的表面层，不仅可以改善其耐磨性[5,6]，还有望提高抗高温氧化性能，在高温烤瓷等加工过程中获得更好的效果．但是，钛有两种同素异构体，即α-Ti和β-Ti,其固态相变点为882℃，纯钛与钛合金中的钛固溶体在固态相变点以上加热冷却时，将导致固态相变，从而对其抗高温氧化性能产生影响.文中在800和900℃溢度下，对工业纯钛基体上氢弧堆焊Ti-Si合金堆焊层试样进行循环氧化试验，对比了纯钛基体及具有不同组织组成的堆
收稿日期：20110704 万方数据
1试验方法
试验材料为工业纯钛TA2（99.6%Ti，质量分数），经线切割制备成100mm×30mm×8mm的长方体，经过表面磨平、丙酮清洗后，将粒度为100μm 的纯硅粉用水玻璃调匀，涂敷在纯钛基体表面上，控制其厚度为0.5mm，晾干24h后放入烘箱，在150 ℃烘干1h.采用WP-300型TIG焊机进行氩弧堆焊，保护气体为氩氢气，气体流量10L/min，焊枪行走速度用自动行走系统控制为5mm/s，焊接电流/电弧电压分别为130A/18.6V,150A/19.2V和180 A/19.8V，每道搭接量约为30%，要求堆焊层宽度大于10mm
氢弧堆焊后制备堆焊层金相试样，观察组织组成由于不同焊接电流获得的堆焊层厚度均在2 mm以上，可以将氩弧堆焊试样的上表面经线切割制成10mm×10mm×2mm的堆焊层片状试样，再将TA2基体切割为相同尺寸，经磨平、抛光后，用螺旋测微器测量试样尺寸，用感量0.1mg的分析天平（AEU-210)称重后，将试样放入箱式热处理炉中进行循环氧化试验，氧化温度分别为800和900℃，首次加热1h，出炉冷却20min后称重．然后每加热 2h出炉冷却称重，循环氧化试验时间为15h后，每次加热5h出炉冷却称重．每次称重后计算单位面