二氧化硅膜和鎳硅涂層對(duì)鈦合金抗氧化腐蝕性能的影響.pdf

1、鈦合金具有比強(qiáng)度高、抗氧化和抗腐蝕性能好的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。然而，高溫下服役時(shí)，鈦合金的氧化和氧脆問(wèn)題嚴(yán)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(hù)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(shù)的差異，很容易破裂而不能給基體提供良好的保護(hù)性能。因此利用新的技術(shù)制備或者開(kāi)發(fā)新的涂層來(lái)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(diǎn)。
　　 基于上述情況，本文利用新型溶膠凝膠技術(shù)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(guò)程中SiO2膜與基體合金之間的反應(yīng)。采用磁控濺射技術(shù)在Ti6A14V合金表面制備鎳硅涂層，并對(duì)涂覆涂層的試樣和基體樣品進(jìn)行了不同溫度下氧化、腐蝕試驗(yàn)。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(yàn)手段進(jìn)行了分析和表征。
　　 1．采用溶膠-凝膠法在鈦

3、合金表面通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(guò)程中氧化膜的破裂、剝落和層化現(xiàn)象。二氧化硅膜導(dǎo)致了氧化物的重新分布，促進(jìn)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(duì)較厚的二氧化鈦層和富鋁層，表明氧通過(guò)二氧化硅

4、膜向內(nèi)擴(kuò)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(shuō)明Al和Ti通過(guò)二氧化硅膜向外擴(kuò)散。由此推斷出，這種多層的混合氧化物膜的生長(zhǎng)是受向內(nèi)擴(kuò)散的氧和向外擴(kuò)散的金屬元素控制的。
　　 3．磁控濺射Ni3Si靶制備的Ni-Si涂層沒(méi)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(zhǎng)，使得氧化動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)氧化物。這種層狀結(jié)構(gòu)氧化物是由于Ni和NaCl/H2O/O2發(fā)生的多步反應(yīng)、涂層中硅元素的低擴(kuò)散率以及硅和氧