【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属基复合材料领域，尤其涉及钛合金高温氧化层厚度的预测方法。
技术介绍
1、钛基复合材料具有优异的比强度、比刚度和高温耐久性，被广泛认为是高温下最有潜力的结构材料之一，有望在航空航天和汽车工业等领域得到广泛应用。高温下抗高温氧化性差一直是限制钛合金工程应用的主要因素之一，高温氧化时会在金属中形成高温氧化层和富氧α层。疏松多孔的高温氧化层无法阻碍氧的进一步扩散，α相中氧的富集也会极大地影响材料的加工性能，过厚的高温氧化层同时也会使材料导热性下降，对钛合金的塑性和韧性产生很大影响。因此，为了减少质量损失，改善加性能，评估钛合金加工温度下的高温氧化层厚度是十分必要的。
2、计算高温氧化层厚度需要借助钛合金在大气下的高温氧化动力学模型。目前对于钛合金高温氧化动力学模型的研究多集中在服役阶段，而对高温氧化过程更迅速的锻造温度下高温氧化动力学模型讨论较少。中国专利cn112597627a公开了一种预测弹簧钢加热过程高温氧化层厚度的计算方法，但对于高温氧化层厚度与单位面积氧化增重的关系仅给出了理论公式，未进行实际拟合；中国专利cn116504342a公开了一种蒸汽环境下马氏体耐热钢高温氧化层内层厚度的计算方法，但其针对的应用背景仍为服役状态，在更高的锻造温度下是否适用存疑。
3、对于硼化钛晶须增强的钛合金，高温短时间下的高温氧化不仅涉及高温氧化初期高温氧化产物的转变，其质量变化也与硼化钛高温下的反应有关，目前尚没有专利公开相关内容。
技术实现思路
1、本专利
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，包括如下步骤：
3、步骤一、对钛合金试样依次进行打磨、超声清洗、干燥处理后，在不同高温氧化条件下采用不连续称重法进行高温氧化；进而获取不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系；所述高温氧化的氧化温度t和氧化时间t与所述钛合金试样的锻造温度和时间一致；
4、步骤二、结合高温氧化增重的wanger公式和由步骤一所述不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系建立的关系公式，计算不同高温氧化条件下，所述钛合金试样相应的高温氧化动力学幂指数n、频率因子k0、高温氧化反应激活能q值；
5、步骤三、通过所述步骤一中采用不连续称重法得到的钛合金试样，获取不同高温氧化条件下，具有高温氧化层金相截面的钛合金试样的扫描电子显微镜照片，得到所述钛合金试样的高温氧化层厚度与氧化增重关系；
6、步骤四、结合高温氧化增重的wanger公式和由步骤三所述钛合金试样的高温氧化层厚度与氧化增重关系建立的关系公式，建立高温氧化层厚度与单位面积氧化增重模型，并根据步骤二得到的钛合金试样相应的高温氧化动力学幂指数n、频率因子k0、高温氧化反应激活能q值，计算得到不同高温氧化条件下，对钛合金试样高温氧化层厚度的预测值，即实现了对不同高温氧化条件下，所述钛合金试样高温氧化层厚度的预测。
7、进一步的，所述步骤一获取不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系的具体步骤为：
8、对所述干燥后的钛合金试样进行称重，得到钛合金试样的原始重量；
9、然后，在不同高温氧化条件下对所述的钛合金试样进行高温氧化，对高温氧化后的钛合金试样冷却至室温后进行称重，得到高温氧化后钛合金试样的重量；
10、所述高温氧化后钛合金试样的重量和钛合金试样的原始重量的差再除以试样初始表面积，即得到所述钛合金试样的单位面积氧化增重值δm，进而，建立了氧化温度t、氧化时间t与单位面积氧化增重值δm的对应关系表。
11、进一步的，所述的钛合金试样是被线切割成(5-12)×(5-12)×(5-12)mm的块状试样，使用砂纸从240#依次打磨至1500#，再用无水乙醇进行10-30min超声清洗并在真空干燥箱中以60-120℃干燥条件下干燥30-120min后，放入高温烧结炉中高温氧化；
12、所述的高温氧化处理是在ksl-1200x箱式高温烧结炉进行的；在所述高温烧结炉中的氧化温度t为960-1000℃，氧化时间t为5-30min；并在每个高温氧化条件下，制备至少三个钛合金试样，用于计算所述钛合金试样的单位面积氧化增重值δm的平均值。
13、进一步的，将所述干燥后的钛合金试样放置在焙烧至恒重的刚玉坩埚中，接着，一并放在精度为0.1mg的分析天平称重，得到钛合金试样的原始重量后，进行高温氧化处理。
14、进一步的，所述的步骤二具体为：
15、所述高温氧化增重的wanger公式表示为公式(1)：
16、δmn＝kp(t)·t (1)，
17、式中：δm为单位面积氧化增重值，单位为g·m-2；n为高温氧化动力学幂指数；kp(t)为某一时间下高温氧化速率常数，单位为gn·m-2n·h-1；t为氧化时间，单位为min；
18、式(1)中kp(t)为：
19、
20、式中：k0为频率因子；q为高温氧化反应激活能，单位为j·mol-1；r为气体常数，r＝8.3145j·mol-1·k-1；t为氧化温度，单位为k；
21、将式(2)代入式(1)，得到单位面积氧化增重δm与氧化温度t和氧化时间t的关系式(3)：
22、
23、将式(3)两边同时取对数，得到式(4)：
24、
25、式中：δm为单位面积氧化增重，单位为g·m-2；n为高温氧化动力学幂指数；k0为频率因子；q为高温氧化反应激活能，单位为j·mol-1；r为气体常数，r＝8.3145j·mol-1·k-1；t为氧化温度，单位为k；t为氧化时间，单位为min；
26、以lgt为横坐标，lgδm为纵坐标，画出在不同高温氧化条件下，单位面积氧化增重与氧化时间的关系曲线；再以1/t为横坐标，lgδm为纵坐标，画出不同高温氧化条件下，单位面积氧化增重与氧化温度的关系曲线；将这两个关系曲线进行线性拟合，从而建立了lgδm与lgt的关系曲线和lgδm与1/t的关系曲线，则得到由lgt和1/t表示的lgδm公式(5)，即为步骤二中所述不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系公式为：
27、
28、式中，a、b、c为常数，δm为单位面积氧化增重，单位为g·m-2；t为氧化温度，单位为k；t为氧化时间，单位为min，将所述氧化温度t、氧化时间t与单位面积氧化增重值δm对应关系表中的数据代入所述的lgδm公式，得到公式中常数a、b、c的值；然后，通过所述的公式(3)得到高温氧化动力学幂指数n、频率因子k0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述步骤一获取不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系的具体步骤为：
3.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，
4.如权利要求2所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，将所述干燥后的钛合金试样放置在焙烧至恒重的刚玉坩埚中，接着，一并放在精度为0.1mg的分析天平称重，得到钛合金试样的原始重量后，进行高温氧化处理。
5.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：
6.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，
7.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述的步骤四具体为：
8.如权利要求1-7任一所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述的钛合金为硼化钛
9.如权利要求8所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述的硼化钛晶须增强的钛合金基体为Ti55，硼化钛晶须增强体体积分数为3.5％，其成分为：TiB为3.606wt.％、Ti为83.54wt.％、Al为5.263wt.％、Sn为3.586wt.％、Zr为1.87wt.％、Mo为0.961wt.％、Nd为0.8wt.％、Si为0.255wt.％；
10.如权利要求9所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述步骤一获取不同高温氧化条件与钛合金试样的高温氧化增重关系的具体步骤为：
3.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，
4.如权利要求2所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，将所述干燥后的钛合金试样放置在焙烧至恒重的刚玉坩埚中，接着，一并放在精度为0.1mg的分析天平称重，得到钛合金试样的原始重量后，进行高温氧化处理。
5.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：
6.如权利要求1所述的锻造温度下钛合金高温氧化层厚度的预测方法，其特征在于，
7.如权利要求1所述的锻造温度下钛...
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