工程科学学报.第42卷，第8期：1007-1017.2020年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.8:1007-1017,August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.10.001;http://cje.ustb.edu.cn 电镀Cr涂层对TC4钛合金燃烧性能的影响 熊家帅)，黄进峰)区，解国良)，喻嘉彬，张诚，邵磊)，王亚宇， 李洪莹)，何光宇2) 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)空军工程大学航空航天工程学院，西安710100 ☒通信作者，E-mail:ustbhuangif(@163.com 摘要通过对镀有不同厚度(0、15、30、60m)Cr涂层的TC4钛合金在不同氧压下进行的富氧点燃试验，研究了镀Cr层厚 度对TC4钛合金燃烧性能的影响规律，并通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,,SEM)、能谱分析(Energy dispersive spectrometer,.EDS)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等手段进行显微组织分析，结果表明：当Cr层厚度为 15um和30μm时，对TC4的燃烧临界氧压无明显影响，而Cr层厚度增加到60m时，可将TC4的燃烧临界氧压由0.07MPa 提高至0.15MPa同时.燃烧速率随Cr层厚度的增加而降低，说明Cr层厚度的增加能有效抑制火焰传播速度.其作用机理 可能是在燃烧的过程中，表层C元素通过固相扩散、熔化等方式进入熔池，与合金中的A!、V元素共同析出，形成了弥散分 布的富Cr、AL、V相，并减少了A!与O的结合，对O元素的扩散有阻碍作用，从而降低了燃烧速率 关键词TC4:镀Cr;燃烧：氧：扩散 分类号TG146.4 Effect of electroplating Cr coating on combustion characteristics of TC4 titanium alloy XIONG Jia-shuai,HUANG Jin-feng,XIE Guo-liang,YU Jia-bin,ZHANG Cheng,SHAO Lei,WANG Ya-yu,LI Hong-ying, HE Guang-yu) 1)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Aerospace Engineering,Air Force Engineering University,Xian 710100,China Corresponding author,E-mail:ustbhuangif@163.com ABSTRACT Titanium alloys are widely used in aviation industry because of their high specific strength,corrosion resistance,and heat resistance.They are widely used in aircraft engine compressor to improve the thrust-to-weight ratio of an aircraft engine.However,they are easily burning because of their low thermal conductivity and high combustion heat.Under some conditions,titanium blades rubbing with their casees to generate a large amount of heat,and finally burns.To meet the requirements of advanced aero engines and prevent the burning of titanium alloys,we must understand the mechanism of titanium alloys combustion.In this study,TC4 titanium alloys coated with Cr coatings with different thicknesses (0,15,30,and 60 um)were subjected to oxygen-enriched atmosphere under different oxygen pressures.The effect of chrome plating thickness on the combustion properties of TC4 titanium alloys was reported,and microstructure analyses were carried out through SEM,EDS and XRD.Results show that chrome plating thickness has no obvious effect on the critical oxygen pressure of TC4 when the Cr layer thickness is less than 30 um.The pressure threshold of TC4 increases from 0.07 MPa to 0.15 MPa,when the Cr layer thickness increases to 60 um,which is about two times higher than the pressure threshold of the substrate.Burning velocity decreases as the Cr layer thickness increases,indicating that a thick Cr layer can effectively inhibit the flame propagation speed.In the underlying action mechanism during combustion,surface Cr enters the molten pool via diffusion and melting and precipitates with Al and V in the alloy to form a Cr-,Al-,and V-rich dispersion cloth phase.The combination of Al and O is 收稿日期：2019-08-10电镀 Cr 涂层对 TC4 钛合金燃烧性能的影响 熊家帅1)，黄进峰1) 苣，解国良1)，喻嘉彬1)，张    诚1)，邵    磊1)，王亚宇1)， 李洪莹1)，何光宇2) 1) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083    2) 空军工程大学航空航天工程学院，西安 710100 苣通信作者，E-mail：ustbhuangjf@163.com 摘    要    通过对镀有不同厚度（0、15、30、60 μm）Cr 涂层的 TC4 钛合金在不同氧压下进行的富氧点燃试验，研究了镀 Cr 层厚 度对 TC4 钛合金燃烧性能的影响规律，并通过扫描电子显微镜（Scanning electron microscope, SEM）、能谱分析（Energy dispersive spectrometer，EDS）和 X 射线衍射（X-ray diffraction, XRD）等手段进行显微组织分析. 结果表明：当 Cr 层厚度为 15 μm 和 30 μm 时，对 TC4 的燃烧临界氧压无明显影响，而 Cr 层厚度增加到 60 μm 时，可将 TC4 的燃烧临界氧压由 0.07 MPa 提高至 0.15 MPa. 同时，燃烧速率随 Cr 层厚度的增加而降低，说明 Cr 层厚度的增加能有效抑制火焰传播速度. 其作用机理 可能是在燃烧的过程中，表层 Cr 元素通过固相扩散、熔化等方式进入熔池，与合金中的 Al、V 元素共同析出，形成了弥散分 布的富 Cr、Al、V 相，并减少了 Al 与 O 的结合，对 O 元素的扩散有阻碍作用，从而降低了燃烧速率. 关键词    TC4；镀 Cr；燃烧；氧；扩散 分类号    TG146.4 Effect of electroplating Cr coating on combustion characteristics of TC4 titanium alloy XIONG Jia-shuai1) ，HUANG Jin-feng1) 苣 ，XIE Guo-liang1) ，YU Jia-bin1) ，ZHANG Cheng1) ，SHAO Lei1) ，WANG Ya-yu1) ，LI Hong-ying1) ， HE Guang-yu2) 1) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Aerospace Engineering, Air Force Engineering University, Xian 710100, China 苣 Corresponding author, E-mail：ustbhuangjf@163.com ABSTRACT    Titanium alloys are widely used in aviation industry because of their high specific strength, corrosion resistance, and heat resistance. They are widely used in aircraft engine compressor to improve the thrust-to-weight ratio of an aircraft engine. However, they are easily burning because of their low thermal conductivity and high combustion heat. Under some conditions, titanium blades rubbing with their casees to generate a large amount of heat, and finally burns. To meet the requirements of advanced aero engines and prevent the burning of titanium alloys, we must understand the mechanism of titanium alloys combustion. In this study, TC4 titanium alloys coated with Cr coatings with different thicknesses (0, 15, 30, and 60 μm) were subjected to oxygen-enriched atmosphere under different oxygen  pressures.  The  effect  of  chrome  plating  thickness  on  the  combustion  properties  of  TC4  titanium  alloys  was  reported,  and microstructure analyses were carried out through SEM, EDS and XRD. Results show that chrome plating thickness has no obvious effect on the critical oxygen pressure of TC4 when the Cr layer thickness is less than 30 μm. The pressure threshold of TC4 increases from 0.07 MPa to 0.15 MPa, when the Cr layer thickness increases to 60 μm, which is about two times higher than the pressure threshold of the substrate. Burning velocity decreases as the Cr layer thickness increases, indicating that a thick Cr layer can effectively inhibit the flame propagation speed. In the underlying action mechanism during combustion, surface Cr enters the molten pool via diffusion and melting and precipitates with Al and V in the alloy to form a Cr-, Al-, and V-rich dispersion cloth phase. The combination of Al and O is 收稿日期: 2019−08−10 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期：1007−1017，2020 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 8: 1007−1017, August 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.10.001; http://cje.ustb.edu.cn