微合金化和復(fù)合化對納米晶Ti5Si3涂層性能影響的研究.pdf

1、鈦合金以其密度低、比強(qiáng)度高、生物相容性好等優(yōu)異特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，但鈦合金的一些固有缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。表面改性可明顯提高鈦合金的相關(guān)表面性能。鑒于當(dāng)前鈦合金表面改性存在的諸多問題，有必要在表面技術(shù)的改進(jìn)、涂層材料體系的選擇、微觀組織的設(shè)計等方面開展廣泛而深入的研究。
　　 采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)，分別以Ti50Si50和Ti45.5Si45.5C9 為靶材，在Ti-6Al

2、-4V 合金表面制備了納米晶Ti5Si3和Ti5Si3C0.8 涂層。所制備涂層均勻致密，無明顯缺陷，與基體結(jié)合良好。XRD 結(jié)果表明，C 微合金化改變了納米晶Ti5Si3 涂層的殘余應(yīng)力狀態(tài)，由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。此外，納米晶Ti5Si3C0.8 涂層中的C 固溶于Ti5Si3中，未改變其晶體結(jié)構(gòu)，顯微組織呈現(xiàn)出與納米晶Ti5Si3 涂層一致的花狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試表明，C的引入促進(jìn)了涂層鈍化膜中SiO2的形成，減少了半導(dǎo)體鈍化膜的施主

3、密度，增加了空間電荷層厚度，使得納米晶Ti5Si3C0.8 涂層具有比納米晶Ti5Si3 涂層更優(yōu)異的電化學(xué)腐蝕性能。
　　 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加靶材的C含量(Ti40Si40C20)，制備了TiC 增強(qiáng)的Ti5Si3基納米復(fù)合涂層(TiC/Ti5Si3)。XPS和TEM分析表明，納米晶TiC/Ti5Si3 復(fù)合涂層中，一部分C 以間隙原子的形式固溶于Ti5Si3中，另一部分以第二相TiC的形式存在，這些TiC 晶粒分布于Ti

4、5Si3的花狀結(jié)構(gòu)之間。由于合金化和復(fù)合化的作用并存，納米晶TiC/Ti5Si3 復(fù)合涂層的硬度、彈性模量、斷裂韌性以及與基體的結(jié)合力均明顯高于納米晶Ti5Si3 涂層。電化學(xué)測試表明，TiC的引入增大了涂層鈍化膜的施主密度和氧空位擴(kuò)散系數(shù)，在一定程度上降低了納米晶TiC/Ti5Si3 復(fù)合涂層的腐蝕性能，但顯著提高了點(diǎn)蝕抗力；磨損測試中，納米晶TiC/Ti5Si3 復(fù)合涂層具有極小的比磨損率，接近零磨損狀態(tài)，表現(xiàn)出優(yōu)異的磨損抗力，而納