TiAl合金表面Ni-SiO2涂层的制备及其抗氧化性能研究
作者单位：中山大学材料学院
会议名称：《第十一届全国腐蚀与防护大会》
会议日期：2021年
学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：TiAl合金具有密度低,比强度、比刚度高,高温抗蠕变性能好的优点,在航空航天、汽车、化工等领域有着广泛的应用。但是当温度高于750℃时,TiAl合金表面会形成以TiO为主的疏松混合氧化膜,无法起到保护作用,制约了TiAl合金的发展。SiO防护涂层结构致密,化学稳定性好,在高温氧化领域受到了人们的广泛关注。但是由于SiO热膨胀系数(4.2×10K)与TiAl合金的热膨胀系数(14.4×10K)失配,在冷热交替环境中,氧化膜内容易萌生裂纹,使氧气与基体直接接触,形成疏松TiO,从而导致防护层的失效。为了解决SiO与TiAl合金热膨胀系数失配的问题并进一步提高SiO涂层的抗高温氧化能力,本研究采用复合电沉积和热处理的方式,在TiAl合金表面制备了包含纳米Ni颗粒的SiO涂层(简称Ni-SiO涂层)。实验结果表明,不同Ni含量的Ni-SiO涂层对于TiAl合金抗高温氧化性能的提升效果均优于SiO涂层。在900℃下氧化100h后,Ni-SiO涂层试样的氧化增重在0.166～0.24mg/cm,表面平整,无裂纹和剥落现象,而SiO涂层的氧化增重为0.356 mg/cm,约为前者的两倍。研究发现Ni的引入发挥了以下三点作用:(1)增大SiO涂层的热膨胀系数,缓解热膨胀系数失配的影响;(2)在裂纹产生时消耗内扩散O形成NiO,填补裂纹,同时降低界面处氧分压,促进基体内Al元素选择性氧化形成AlO保护膜;(3)调整涂层内玻璃相与晶体相的组成,促进玻璃态SiO转变为方石英,使涂层更致密。