1、Ti2AlNb合金具有比強度高、密度低、斷裂韌性好和抗蠕變性強等優(yōu)異性能，有望成為航空航天用高溫結(jié)構(gòu)材料。與傳統(tǒng)α2-Ti3Al合金相比，該材料具有更好的室溫延展性和可塑性，受到廣泛關(guān)注和研究。但 Ti2AlNb合金的抗高溫氧化性、本身的熱發(fā)射率和高溫磨損性能限制其實際應(yīng)用，因此需要制備一層熱防護涂層來提高合金的高溫性能。目前，微弧氧化陶瓷涂層以其多參數(shù)控制、膜基結(jié)合強度高、抗腐蝕和耐磨損以及綠色高效等優(yōu)點成為Ti合金表面改性的有效手段

2、，但對其高溫性能的研究較少。本文目的在于探究微弧氧化工藝對Ti2AlNb合金表面陶瓷涂層的組織結(jié)構(gòu)、抗高溫氧化性能、高溫發(fā)射率和摩擦磨損性能的影響規(guī)律，并揭示微弧氧化陶瓷涂層的高溫氧化、熱輻射與磨損機理。
　　本文以Ti2AlNb合金為基體，采用微弧氧化法分別在NaAlO2和Na2SiO3電解液中制備涂層，并對制備工藝進行正交試驗，確定制備工藝參數(shù)為：電解液濃度25g?L–1、電壓550V、頻率600Hz、占空比8％和制備時間20

3、min，并在此基礎(chǔ)上通過分步控壓或調(diào)節(jié)制備時間來調(diào)控涂層的組織結(jié)構(gòu)，提出了一種二步控壓微弧氧化工藝來制備抗高溫氧化和高發(fā)射率的陶瓷涂層。
　　選取NaF、Na2CrO4和Al2O3添加到NaAlO2電解液中用以提高涂層的抗高溫氧化性能，而向Na2SiO3電解液中引入SiC、NH4VO3和Cr2O3來改善涂層的熱輻射性能。采用X射線衍射、掃描電鏡、渦流測厚儀和表面輪廓儀等分析方法表征涂層的組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，引入 NaF可加快涂層生

4、長并促進 Al2TiO5相形成；添加劑Na2CrO4增大涂層表面粗糙度并提高γ-Al2O3相含量；添加Al2O3粉體可參與涂層生長并形成Al2TiO5相；而添加納米SiC或Cr2O3可直接進入涂層內(nèi)部，形成高輻射組元；引入NH4VO3能顯著提高涂層的厚度。
　　采用恒溫氧化法研究 NaAlO2電解液中制備不用涂層在800oC和空氣中的氧化行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微弧氧化處理 Ti2AlNb合金的抗高溫氧化性能得到明顯改善。二步控壓工藝制備

5、涂層在800oC恒溫氧化150h的氧化增重為1.18mg?cm–2，而引入4g?L–1的Na2CrO4或 Al2O3制備涂層的氧化增重分別為0.91mg?cm–2和1.33 mg?cm–2，均比Ti2AlNb合金減少50%以上。通過對涂層氧化動力學(xué)和高溫氧化產(chǎn)物的分析，揭示了微弧氧化陶瓷涂層的高溫氧化機理。涂層可以抑制空氣中的氧擴散進入合金基體，并在涂層/基體界面處形成致密氧化膜阻止其進一步氧化，改善涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)或增加涂層中鋁氧化物的含

6、量都有助于提高微弧氧化陶瓷涂層的抗高溫氧化性能。
　　采用能量比較法測試 Na2SiO3電解液中制備的不同涂層在600oC下的法向光譜發(fā)射率，用以表征涂層的高溫熱輻射性能。結(jié)果表明，Ti2AlNb合金的法向光譜發(fā)射率在3~20μm波段內(nèi)為0.2，而涂層的發(fā)射率在短波段(3~8μm)內(nèi)超過0.5，在長波段(10~20μm)內(nèi)大于0.8。添加SiC制備的涂層在3~20μm波段內(nèi)的發(fā)射率均大于0.8，而引入 NH4VO3和Cr2O3可使

7、涂層在3~8μm和10~20μm波段內(nèi)的發(fā)射率分別提高到0.7和0.9。結(jié)合涂層組織結(jié)構(gòu)與發(fā)射率的研究，指出微弧氧化陶瓷涂層的高溫發(fā)射率主要受涂層的物相組成與表面粗糙度的影響。涂層內(nèi)部的高吸收率物相可加強對入射電磁波的本征吸收，而粗糙的表面結(jié)構(gòu)可加長電磁波散射路徑并消耗能量，因此通過調(diào)節(jié)組織結(jié)構(gòu)或摻雜物相可改善微弧氧化陶瓷涂層的熱輻射性能。
　　最后采用直接拉伸法測試涂層與基體的結(jié)合強度，發(fā)現(xiàn)拉伸破壞多發(fā)生在涂層/樹脂界面處，涂層

8、/基體結(jié)合強度高達35MPa。干摩擦磨損試驗結(jié)果表明，涂層在室溫和600oC下均表現(xiàn)出良好的摩擦磨損性能。室溫下涂層的磨損機制以機械拋光和脆性微斷裂為主，600oC下還伴有疲勞磨損和局部剝層。在NaAlO2電解液中采用二步控壓工藝制備的涂層具有較好的耐磨性，室溫和600oC下的磨損率分別為8.28×10–6mm3?N–1?m–1和6.07×10–6mm3?N–1?m–1；而在 Na2SiO3電解液中添加 SiC制備的涂層表現(xiàn)出較好的減摩