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氮化物涂层对钛合金氧化腐蚀性能影响

陈倩  
【摘要】:针对钛合金在较高温度下氧化腐蚀严重和溶氧致脆问题,本文采用了电弧离子镀技术在Ti6Al4V合金上制备了Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N和Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N五种涂层,研究了其在550~750°C的抗恒温和循环氧化性能以及在450~550°C耐腐蚀性能,探讨了其防护机理。 Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N和Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N五种涂层在650°C和750°C恒温氧化时,都降低了基体合金Ti6Al4V的氧化速率。650°C所有涂层表现出较好的抗氧化性能,对基体合金提供了有效的防护。而在750°C,未添加Si的Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N三种涂层不能对基体合金提供有效的防护。而添加Si的两种涂层样品750°C恒温氧化后仍然完好,涂层表面形成一层连续的以Al_2O_3为主的氧化膜,抗氧化性明显能优于未添加Si的涂层,原因在于添加Si促进了保护性Al_2O_3层的形成。 Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N和Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层显著提高了Ti6Al4V在550oC和650oC抗循环氧化性能。氧化后涂层表面形成薄而连续的保护性Al_2O_3膜,有效阻止了氧在合金基材中的溶解和扩散。在750oC时,Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层和Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层涂覆的Ti6Al4V仍表现出非常好的抗循环氧化性能,而Ti_(0.5)Al_(0.5)N涂层和Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层则不能对钛合金基体提供有效的防护。含Si涂层的抗循环氧化性能优于不含Si涂层的原因在于添加Si促进了保护性Al2O3膜的形成。 在450 oC固态NaCl盐与水蒸气共同作用下,Ti6Al4V合金遭受到了严重的腐蚀。施加Ti_(0.5)Al_(0.5)N、Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N、Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N、Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N涂层显著降低了基体合金的氧化速率,提高了其抗腐蚀性能。Al含量较高的Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层和Ti_(0.5)Al_(0.5)N抗腐蚀性能最好。新制备的Ti0.5Al0.45Si0.05N涂层在550°C固态NaCl与水蒸气共同作用下表现出优异的抗腐蚀性能。


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