二氧化硅膜和鎳硅涂層對鈦合金抗氧化腐蝕性能的影響.pdf

1、鈦合金具有比強度高、抗氧化和抗腐蝕性能好的特點被廣泛應用于航空、航天領域。然而，高溫下服役時，鈦合金的氧化和氧脆問題嚴重影響了鈦合金的熱穩(wěn)定性。目前提高鈦合金抗氧化、抗腐蝕性能的措施很多，如合金化、表面處理和施加防護涂層等等，但仍存在諸多不足。如傳統(tǒng)方法制備的氧化鋁、二氧化硅涂層往往由于和基體之間存在膨脹系數的差異，很容易破裂而不能給基體提供良好的保護性能。因此利用新的技術制備或者開發(fā)新的涂層來提高鈦合金的抗氧化、抗腐蝕性能就成了人們探

2、究的熱點。
　　 基于上述情況，本文利用新型溶膠凝膠技術在Ti6Al4V合金表面制備了SiO2膜，研究了該法制備的SiO2膜作為抗氧化涂層的可行性，以及在氧化過程中SiO2膜與基體合金之間的反應。采用磁控濺射技術在Ti6A14V合金表面制備鎳硅涂層，并對涂覆涂層的試樣和基體樣品進行了不同溫度下氧化、腐蝕試驗。利用X-射線、掃描電子顯微鏡、表面光電子能譜、紅外光譜等試驗手段進行了分析和表征。
　　 1．采用溶膠-凝膠法在鈦

3、合金表面通過直接加熱的方式制備了均勻、不破裂的二氧化硅膜，厚度約為10μm。700-800℃恒溫和循環(huán)氧化實驗證明，二氧化硅膜不僅降低了氧化速率，而且消除了基體合金氧化過程中氧化膜的破裂、剝落和層化現(xiàn)象。二氧化硅膜導致了氧化物的重新分布，促進了氧化鋁膜的生成，有利于混合氧化物中氧化鋁含量的增加。
　　 2．涂覆SiO2膜的合金試樣氧化后形成的氧化膜是多層的，在二氧化硅膜的下部形成了相對較厚的二氧化鈦層和富鋁層，表明氧通過二氧化硅

4、膜向內擴散；在二氧化硅膜的上部形成了以氧化鋁為主，少量氧化鈦摻雜的混合氧化物層，說明Al和Ti通過二氧化硅膜向外擴散。由此推斷出，這種多層的混合氧化物膜的生長是受向內擴散的氧和向外擴散的金屬元素控制的。
　　 3．磁控濺射Ni3Si靶制備的Ni-Si涂層沒有形成Ni3Si納米晶涂層，而是形成了γ-Ni5S2和Ni(Si)固溶體。650℃氧化100h或600℃腐蝕10h后形成了有序Ni3Si相。
　　 4．Ni-Si涂層為

5、Ti6Al4V合金提供了良好的抗氧化性能。650℃氧化以后涂層表面生成了氧化鎳和硅氧化物。硅氧化物的形成影響了氧化鎳的生長，使得氧化動力學曲線偏離了拋物線規(guī)律。
　　 5．Ni-Si涂層明顯改善了基體合金在H2O/NaCl/O2條件下的抗腐蝕能力。600℃腐蝕10h后涂層表面生成了NiO/Ni/SixOy交替分布的層狀結構氧化物。這種層狀結構氧化物是由于Ni和NaCl/H2O/O2發(fā)生的多步反應、涂層中硅元素的低擴散率以及硅和氧