1. -Cobhsaíocht Theirmeach Fad na gCóimhiotail Tíotáiniam Ardteochta-
(1) Dearadh Alloying le haghaidh Cobhsaíochta Teirmeach
Cobhsaitheoirí alfa (Al, Sn, Zr): Neartaíonn alúmanam (6–8 wt%) agus stáin (1–3 wt%) an phas alfa agus ardaíonn siad béite-teocht trasus an chóimhiotail (moill ar chlaochlú céime ag teochtaí arda); siorcóiniam (2-4 wt%) a bheachtú gráinní agus a fheabhsaíonn friotaíocht creep gan cur isteach ar insínteacht. Mar shampla, tá teocht béite-transus de ~1000 céim , 15–20% níos airde ná Ti-6Al-4V, ag Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) ná teocht Ti-6Al-4V, rud a chumasaíonn oibriú cobhsaí ag 450–500 céim ar feadh 10,000+ uair an chloig.
Cobhsaitheoirí béite (Mo, Nb, Ta): Feabhsaíonn moluibdín (1–2 wt%) agus niobium (2–5 wt%) insínteacht ardteochta an chóimhiotail agus cuireann siad moill ar gharbhú na céime béite; feabhsaíonn tantalam (1-3 wt%) cobhsaíocht theirmeach trí rátaí idirleata adamhach sa mhaitrís a laghdú. Ionchorpraíonn ardghráid cosúil le Ti-1100 (Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si) sileacain (0.4-0.5 wt%) chun deascáin shilicíde mín (Ti₅Si₃) a fhoirmiú, a bhriseann teorainneacha gráin agus a chuireann bac ar dhífhoirmiú creep ag 550-600 céim.
Rialú idir-ranna íseal-: Teorainneacha dochta ar ocsaigin (<0.15 wt%), nitrogen (<0.015 wt%), and hydrogen (<0.010 wt%) prevent the formation of brittle interstitial compounds that degrade thermal stability over time.
(2) Cobhsaíocht Mhicreastruchtúrtha le linn-Téarma Ard-Nochtadh Teochta Fada
Micreastruchtúir mhódúla Lamellar/bi-: Déantar na gráid teochta is airde a chóireáil chun micreastruchtúr lamellar nó démhódúil (alfa coibhéiseach + lamellar alfa-béite-béite) a chruthú. Mar shampla, coinníonn Ti-6242 sa riocht iomlán lamellar dáileadh fíneáil, aonfhoirmeach alfa lamellae sa mhaitrís béite ag 500 céim ar feadh 20,000 uair an chloig, gan aon garbhú mór gráin nó deighilt chéimnithe. I gcodarsnacht leis sin, taithííonn traidisiúnta Ti-6Al-4V garbhú alfa-chéim agus caillteanas neart os cionn 350 céim tar éis 5,000 uair an chloig nochta.
Friotaíocht in aghaidh díghrádaithe céime: Ag teocht faoi bhun 600 céim , seachnaíonn cóimhiotail tíotáiniam teocht ard foirmiú céimeanna díobhálach (eg, céim óimige brittle nó hidrídí garbh) a chuireann isteach ar ghráid chaighdeánacha. Coinníonn Ti-1100, mar shampla, a mhicreastruchtúr alfa-béite ag 600 céim ar feadh 10,000 uair an chloig, gan ach laghdú 10-15% ar neart teanntachta (ó 900 MPa go 750-800 MPa), i gcomparáid le caillteanas neart 40% do Ti-6Al-4V ag an teocht agus an fad céanna.
(3) Coinneáil Maoine Meicniúla
Friotaíocht creep: Léiríonn cóimhiotail tíotáiniam ar theocht ard feidhmíocht creep níos fearr ag a dteochtaí dearaidh. Tá ráta sraonadh sreafa ag Ti-6242<1×10⁻⁹ per hour at 450°C and 200 MPa stress (10x lower than Ti-6Al-4V under the same conditions), with total creep deformation <0.1% after 10,000 hours. Ti-1100 achieves a creep strain rate of <5×10⁻⁹ per hour at 550°C and 250 MPa, meeting the demands of aero-engine compressor blades.
Neart tuirse: Faoi lódáil ardteochta timthriallach, coimeádann na cóimhiotail seo 60–70% dá seomra-neart tuirse teochta (10⁷ timthriall). Mar shampla, tá neart tuirse de ~250 MPa ag Ti-6242 ag 450 céim (vs. 150 MPa do Ti-6Al-4V ag 350 céim ), rud a chumasaíonn seirbhís iontaofa i gcomhpháirteanna atá seans maith le creathadh cosúil le cásálacha tuirbín.
Coinneáil ductility: Laghdaíonn nochtadh fadtéarmach do 500 céim fadú TI-6242 faoi 20–25% (ó 12% go 9–10%), agus cailleann Ti-6Al-4V 50% dá shínteacht (ó 12% go 6%) ag 350 céim thar an tréimhse chéanna.
2. Frithsheasmhacht in Ocsaídiú i gCóimhiotail Tíotáiniam Ardteochta-Le linn Seirbhíse Fadtréimhsí
(1) Meicníocht Ocsaídiú Cóimhiotail Tíotáiniam ag Ardteochtaí
Ciseal seachtrach: Porous TiO₂ (rutile), a scoilteanna agus a spalls faoi rothaíocht theirmeach;
Ciseal lár: Ti₃O₅, ocsaíd leathsheoltach a bhfuil droch-airíonna cosanta aige;
Ciseal istigh: Ti₂O₃, ocsaíd brittle a fhágann embrittlement dromchla agus a laghdaíonn saol tuirse.
(2) Cóimhiotalú agus Cóireálacha Dromchla le haghaidh Friotaíocht Ocsaídiú Feabhsaithe
Cóimhiotal sileacain agus alúmanaim: Cruthaíonn sileacain (0.3–0.5 wt%) i ngráid cosúil le Ti-1100 ciseal leanúnach SiO₂ faoin scannán TiO₂, a fheidhmíonn mar bhacainn idirleata ar ocsaigin agus a laghdaíonn ráta fáis ocsaíd 50–60% ag 600 céim . Méadaíonn alúmanam (7–8 wt%) an t-ábhar alúmanaim sa chiseal ocsaíd, ag cruthú scála measctha Al₂O₃-TiO₂ le leáphointe níos airde agus tréscaoilteacht ocsaigine níos ísle ná TiO₂ íon.
Breiseanna cróimiam agus niobium: Feabhsaíonn cróimiam (1-2 wt%) greamaitheacht ocsaíd trí neamhréir leathnú teirmeach a laghdú idir an ciseal ocsaíd agus an tsubstráit, agus cobhsaíonn niobium (3-5 wt%) céim rutile TiO₂ agus cuireann sé bac ar fhoirmiú crack sa scála ocsaíd.
Bratuithe dromchla: I gcás feidhmeanna ardteochta (550–700 céim ), is minic a brataítear cóimhiotail tíotáiniam ar theocht ard lebratuithe alúmanaim(m.sh., pacáil-bratuithe Al-Ti cementáilte) nóbratuithe ceirmeacha(m.sh., yttria-zirconia cobhsaithe, YSZ). Cruthaíonn na bratuithe seo bacainn dlúth Al₂O₃ nó ceirmeach, ag laghdú ráta ocsaídiúcháin 90% ag 650 céim i gcomparáid le cóimhiotail neamhbhrataithe. Mar shampla, tá méadú meáchain de<0.1 mg/cm² after 1000 hours at 600°C, vs. 1.2 mg/cm² for uncoated Ti-1100.
(3) Teorainneacha Feidhmíochta Fadtéarmacha Ocsaídiú
Cóimhiotail neamhbhrataithe: Is féidir leis an gcuid is mó de chóimhiotail tíotáiniam ardteochta neamhbhrataithe friotaíocht ocsaídiúcháin inghlactha a choinneáil suas le 550-600 céim ar feadh 10,000 uair an chloig, le tiús iomlán ocsaíd teoranta do<10 μm and weight gain <0.5 mg/cm². Above 600°C, the oxide layer thickens rapidly (exceeding 20 μm at 650°C for 1000 hours) and becomes prone to spalling under thermal cycling, leading to intergranular oxidation and embrittlement.
Cóimhiotail brataithe: Le bratuithe alúmanaim nó ceirmeacha, síneann an uasteorainn teochta go dtí 650–700 céim le haghaidh seirbhíse fadtéarmach (10,000 uair), le tiús ocsaíd<8 μm and weight gain <0.2 mg/cm² at 700°C. However, coating degradation (e.g., interdiffusion of coating and substrate elements) becomes a limiting factor beyond 700°C, requiring periodic recoating for critical components.
