【摘 要】
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钛合金因其高比强度、耐高温等优点成为目前航空航天发动机提高推重比的首选材料。但由于钛合金硬度低、耐磨性差且亲氧势能比较高,容易与氧气发生反应进而影响发动机性能,这在很大程度上限制了钛合金在航空航天领域的深度应用。基于上述问题,本文在TC11钛合金表面通过微弧氧化技术制备掺杂稀土氧化物颗粒的氧化物层,并以此为基采用复合磁控溅射制备高熵合金薄膜,以期获得耐磨性及高温抗氧化性能优异的复合涂层,提升其钛合
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钛合金因其高比强度、耐高温等优点成为目前航空航天发动机提高推重比的首选材料。但由于钛合金硬度低、耐磨性差且亲氧势能比较高,容易与氧气发生反应进而影响发动机性能,这在很大程度上限制了钛合金在航空航天领域的深度应用。基于上述问题,本文在TC11钛合金表面通过微弧氧化技术制备掺杂稀土氧化物颗粒的氧化物层,并以此为基采用复合磁控溅射制备高熵合金薄膜,以期获得耐磨性及高温抗氧化性能优异的复合涂层,提升其钛合金在更为复杂环境下的应用前景。通过扫描电子显微镜（SEM）观察了微弧氧化层及复合涂层的表面形貌,对微弧氧化层及复合涂层进行了能谱分析,利用X射线衍射仪（XRD）对微弧氧化层及复合涂层成分进行了表征;利用高温摩擦磨损实验对微弧氧化层及复合涂层的耐磨性进行分析;利用高温氧化实验对微弧氧化层及复合涂层的高温抗氧化性能进行了研究,得到主要结论如下:（1）Nd2O3浓度为0 g/L、1 g/L、2 g/L、3 g/L的电解液中,通过微弧氧化技术于钛合金表面制备了微弧氧化陶瓷层;膜层表面Nd含量随着Nd2O3浓度的增加而有所增大,微弧氧化层主要成分为Ti O2和Si O2;添加Nd2O3浓度为1 g/L时,磨损失重最少,磨痕宽度最小为598.04μm,相比钛合金基体和其它添加浓度的微弧氧化层,耐磨性得到了一定程度改善;高温抗氧化实验表明,基体氧化增重为2.278 mg/cm~2,添加Nd2O3浓度为1g/L的微弧氧化层氧化后试样增重量最小为0.139 mg/cm~2,明显改善了TC11基体高温抗氧化性能。（2）在添加1 g/L Nd2O3颗粒制备微弧氧化层表面沉积CoCrFeNi薄膜,获得MAO/CoCrFeNi复合涂层。发现随着溅射时间延长,所制备复合涂层表面趋于光滑平整,微孔数量及直径减小。当溅射时长为6 h时,室温及400℃下高温磨损磨痕宽度最窄,具有良好的耐磨性;600℃下,复合膜层均具有良好的高温抗氧化性能,727℃、800℃下溅射时长为6 h的复合涂层具有更低的氧化增重,提升了TC11的高温抗氧化性能。（3）在添加1 g/L Nd2O3颗粒制备微弧氧化层表面沉积Al0.3CoCrFeNi薄膜,获得MAO/Al0.3CoCrFeNi复合涂层。发现表层高熵合金薄膜主要以FCC结构存在,高熵合金元素分布均匀,随着溅射时间延长,所制备复合涂层表面更加光滑平整;当溅射时长为4 h时,复合涂层在室温及400℃高温下的磨损宽度较小,耐磨性优于其它溅射时长的复合涂层,且溅射时长为4 h的复合涂层在600℃,727℃,800℃氧化后均具有较低的氧化增重和相对较小的氧化层厚度,高温抗氧化性能优于其它溅射时长的MAO/Al0.3CoCrFeNi复合涂层和基体。
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