论文部分内容阅读
二硅化钼(MoSi2)以其高熔点、高热导率、适中的密度及热膨胀系数、良好的抗高温氧化性和耐腐蚀性等优点最具潜力的高温结构材料之一。但MoSi2的室温韧性差和中温的PEST氧化降低了其在实际应用中的性能和可靠性，通常采用合金化、纳米化及复合化等方法改善其性能。 利用双阴极等离子冶金技术在钛合金表面沉积得到C40结构的MoSi2涂层。应用合金化、纳米化及复相强化的原理，通过调节成分、控制工艺参数，在钛合金表面制备三种不同Cr含量的具有MoSi2+Mo5Si3复合相的(Mo1-xCrx)Si2基纳米复合涂层和四种不同Cr含量的具有单一C40结构MoSi2相的(Mo1-xCrx)Si2纳米晶涂层，以提高MoSi2涂层的硬度、强度、韧性等力学性能及其耐腐蚀性能，最终改善钛合金的使用性能。 采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线能谱仪(EDS)对涂层的相组成、微观组织结构及化学成分进行观察与分析。利用纳米压入、维氏压痕法对涂层的力学性能进行研究，并利用聚焦离子束技术(FIB)对纳米压痕的次表面切片制样并观察，采用电化学测试技术对涂层的抗腐蚀性能进行测试，同时结合第一性原理计算，从原子尺度深入探讨Cr合金化对改善其力学性能和腐蚀性能的本质原因。 结果表明，七种涂层均由致密均匀的沉积层和扩散层组成。(Mo1-xCrx)Si2基纳米复合涂层由主要的MoSi2相和少量沿着MoSi2晶界分布的条带状Mo5Si3组成，其中MoSi2的晶粒尺寸呈双峰粒度分布，由平均晶粒尺寸约为5nm的纳米晶和平均晶粒尺寸约为250nm的亚微米晶粒组成，硬度高达25.9GPa，断裂韧性大于11.5MPa·m1/2，硬度和断裂韧性的提高与Cr合金化导致的微观组织结构及残余应力密切相关；单相(Mo1-xCrx)Si2纳米晶涂层的晶粒呈等轴晶状，平均晶粒尺寸约为5nm，具有优异的耐腐蚀性能，且随Cr含量的增加耐蚀性能进一步提高。Cr替代 Mo降低体系的内聚能，减小键合断裂能。Mulliken电荷布居分析表明(Mo1-xCrx)Si2中无论Cr添加与否，Si-Si键都是强度最弱的键，远小于Si-Mo键和Si-Cr键的强度。Cr的添加使次弱键Si-Cr键的强度下降最大，因此Cr合金化可促进腐蚀条件下Si-Cr键的断裂，形成保护性的钝化膜，提高基体的耐腐蚀性。