钛表面高温防护涂层研究进展

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1、駄表面高温防护涂层研究进展汪欣李争显杜继红李晴宇杨涛严鹏北有色金属研宄院摘要：对高温钛合金及钛铝金属间化合物而言，施加合适的高温防护涂层是目前实现长时间有效高温防护的唯-选择。冋顾了钛表面五大高温防护涂层体系的发展现状，即热扩散渗铝（硅）涂层、金属间化合物包覆涂层、氮化物陶瓷涂层、搪瓷涂层以及惰性氧化物陶瓷涂层，总结了这些涂层的高温防护机理、改性方法以及失效机制。现阶段，单一的高温防护涂层体系及其制备方法在钛合金实际应用中依然存在着较大的局限性，设计和发展只有优异综合性能的新型高温防护涂层并发展相应的高效制备方法，仍是高温钛合金防护领域亟待解决的问题。关键词：钛合金;高温氧化;高温防护涂层;涂

2、层制备;防护机理;失效机制;作者简介：李争显（1962—），男，教授级高工。收稿日期：2017-08-10基金：国家自然科学基金项目（51501155）RecentDevelopmentProgressofHighTemperatureProtectionCoatingsforTi-basedAlloysWangXinLiZhengxianDuJihongLiQingyuYangTaoYanPengNorthwestInstituteforNonferrousMetalResearch:Abstract：FortheTi-basedalloysandTi-Alintermetallics,th

3、eapplicationofhightemperatureprotectioncoatingsisstilltheonlywaytoensuregoodoxidationresistanceforlongservicetime.Tnthispaper,thedevelopmentstatusofthefivetypicalhightemperatureprotectivecoatingsystemsfortheTi-basedalloyswasreviewed,includingdiffusedaluminide(silicide)coatings,intermetallicoverlayco

4、atings,nitrideceramiccoatings,glass-ceramicbasedcompositecoatingsandinertoxideceramiccoatings.Furthermore,theirhightemperatureprotectionmechanisms,modificationmethodsandfailuremechanismswerereviewed.Moreover,thelimitationsofthesecoatingsarisingfromtheirpreparationmethodsinpracticalapplicationsweredi

5、scussedaswell.Uptonow,designinganddevelopingnovelhightemperatureprotectioncoatingswithbetterperformanceisyetthekeyissuefortheapplicationofTi-basedalloysinoxidizingenvironments.Keyword：Ti-basedalloys;hightemperatureoxidation;hightemperatureprotectioncoatings;coatingpreparationmethods;protectionmechan

6、isms;failuremechanisms;Received：2017-08-100引言高温钛合金及钛铝金属间化合物的使用温度可达60（Tl000°C。然而，钛与氧的亲合势高，II氧溶解度大（原子分数可达34%）,在高温氧化条件下极易发生溶氧致脆和表面氧化问题，进而严重影响钛合金的热稳定性和使用寿命LL21。因此，提高钛合金的高温抗氧化性能成为其高温应用的关键。钛的氧溶解度高，且Ti-0系存在许多稳定的氧化物，这导致钛的氧化行为非常复杂[3-5]0通过合金化对钦合金的成分和组织进行调整，可以改变钦合金表面氧化膜的物相和形态，从而提高钛合金的高温抗氧化和耐腐蚀性能。实践证明，A1元素是最适合钛

7、合金和钛铝金属间化合物的高温抗氧化元素。此外，对钛合金而言，Nb、Mo、Si、Sn等元素的添加也能改善其高温抗氧化性能;对钛铝金属间化合物而言，根据合金元素对钛合金抗氧化性能的影响机制，可以把合金元素分为有益元素（Nb、Mo、W、Si、C、B）、有害元素（V、Cr、Mn、Pd、Pt、Cu）、中性元素（Y、Zr、Hf、Ta、Fe、Co、Ni、Au、Sn、0）[10]。然而，不同合金元素对抗氧化性能的