论文部分内容阅读
钛合金具有轻质、高强、耐热、良好的高温力学性能和热加工性能等特点而普遍应用于航空、航天、发动机等领域,但高温抗氧化性较差却限制了其在高温和复杂服役环境下的进一步大面积推广。在钛合金表面涂覆具备高温抗氧化性的保护涂层是解决这一问题的理想方法。Ti-Si和Ti-Al化合物由于具有密度低、熔点和硬度高、高温稳定性和抗氧化性优异等特点,在新一代高温结构件备选材料中越来越受到人们的青睐。因此,制备出兼具Ti-Si和Ti-Al化合物优点的Ti-Al-Si复合涂层,对于改善钛合金的高温抗氧化性能将是一条行之有效的途径。本文利用高能激光束作用下Ti、Al、Si混合元素粉末之间的燃烧反应,在TC4钛合金表面激光熔覆了宏观质量良好,无气孔和裂纹的Ti-Al-Si涂层。通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征了涂层的微观结构和物相组成;借助显微硬度计和电化学工作站测试了涂层的显微硬度和在人工海水环境下的耐腐蚀性能;结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层在800℃×24h×5循环氧化条件下的抗氧化性能及其抗氧化机理。XRD表征和SEM形貌观察结果表明,Ti-Al-Si涂层与钛合金基材呈良好的冶金结合,涂层由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等主要物相组成。显微硬度测试结果表明,涂层的显微硬度相对于基材显著提高,最大平均显微硬度值达853.3 HV0.2,为基材的2.37倍。800℃×24h×5循环氧化条件下的氧化动力学曲线证实,涂层在800℃×24h×5循环氧化条件下的最理想抗氧化性能较基材提高了 12.5倍。在人工海水腐蚀环境下的极化曲线显示,相对于钛合金基体,涂层试样的自腐蚀电位上升,腐蚀电流密度明显减小。激光熔覆Ti-Al-Si涂层高温抗氧化性得以改善的主要原因体现在两方面:一是涂层表面获得了连续致密的氧化层,阻碍了氧的扩散;二是提高了氧化层的粘附性,使氧化层不易从涂层表面碎裂剥落。获得理想Ti-Al-Si涂层的激光熔覆工艺为:激光功率3.5kW,扫描速度350mm·min-1,离焦量45 mm,圆形光斑尺寸3 mm,Ar 保护气流量 25L·min-1。