铝基钛坯高温防氧化涂层界面结构研究荣菊1,2,王远3,李如燕1,于晓华1*,孟堃3（1.昆明理工大学固体废弃物资源化国家工程研究中心，云南昆明650093;2.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳110016;3.西南林业大学机械与交通学院，云南昆明650224）摘要:以Al粉为主料，Sn粉、SiO2粉、苯丙乳液、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等为配料制备高温防氧化涂料。将涂料喷涂到钛坯表面，然后置于1050℃条件恒温8h，对比喷涂与热处理前后钛坯表面形貌。利用金相显微镜观察裸露面和喷涂面经热处理后的氧化层组织，使用场发射扫描电镜、能谱分析仪研究涂层界面处的微观形貌和元素扩散，采用X-射线衍射仪探讨涂层界面处的相结构。结果表明，使用铝基高温防氧化涂层后表面没有裂纹也没有出现脱落，表面仍保持原金属光泽，能够有效的减缓钛坯热加工过程中的高温氧化。涂层厚度对Ti-Al扩散层的厚薄无明显影响，扩散层形成了Al2O3-TiAl和TiAl3-Ti多层结构，且涂层厚度为50μm左右时已经具有较好效果。关键词：高温抗氧化涂层；钛坯；热加工过程；界面微观结构中图法分类号：TB332文献标识码：A：钛及钛合金在热加工过程中极易发生氧化反应形成硬而脆的氧化皮。该层氧化皮不但极大的浪费原材料（占原材料比重最多可达2.2%），使合金元素产生贫化，还给后续加工造成诸多不便[1-3]。通常，除去表面氧化皮需要大量的人力、物力，经济损失不可估量[4]。一方面，研究者研发了各种真空热加工技术和惰性气体（一般是氩气）保护技术[5]。然而，该类技术虽有一定的防护效果，但局限性也较大。只适合处理小工件，不能覆盖整个大型工件表面。另一方面，学者研制了一些高温防护涂层。五十年代末期，美国、日本和西欧等发达国家已采用玻璃、硅酸盐基涂料，在压制、挤压、模锻、轧制和热处理高合金钢、普通碳钢和多种合金时防止氧化[6-9]。如美国TurcoPretreat牌号涂层专门用于钛合金的防氧化热处理[6]。此外，俄罗斯的зBT系列[7]和英国的Berkatekt系列涂层[8]也有一定的效果。研究发现，玻璃或陶瓷水解性较弱，须采用强碱蒸煮或强酸浸泡方能去除[9]；而且金属钛与氧结合能力较强，能夺走SiO2中的氧原子，效果不如意的同时还给工业应用带来麻烦并增大成本[10]。我国对钛及钛合金高温防护涂层的研制始于七十年代末，并且也以玻璃基涂层为主。目前，主要有KBC系列、FR系列等几种型号[5]。实验表明，我国研制的高温防护涂层使用效果并不理想，存在使用温度范围窄、性能不稳定、防护效果差、使用后脱膜困难等诸多问题[11,12]。因此，研制高效铝基钛坯高温防氧化涂料，探讨涂料与钛坯的界面结构，对钛材的工业应用有着重要意义。本文结合英国Mathys系列涂层[8]，日本相关资料[10]，参考钛-铝涂层的优良抗氧化特性[13-15]，本研究拟选择Al粉为主料，Sn粉、SiO2粉、苯丙乳液、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等为配料，制备高温防氧化涂料。将涂料喷到钛坯表面，然后置于1050℃条件恒温8h，对比喷涂与热处理前后钛坯表面形貌。利用金相显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪研究铝基高温防氧化涂层的抗氧化能力、界面微观结构和相形成机理。1实验以配制1L铝基涂料为例，其中苯丙乳液、Al粉、Sn粉、SiO2和聚乙烯醇总量为952.5g。各原料的添加顺序、原料类别、配方组成和用途如表1所示。具体的方法如下：常温常压下称取10.50wt%苯丙乳液（固含量50%），并置于预定容器中。称取83.95wt%的Al粉和5.25wt%的Sn粉，在不断搅拌条件下缓慢加入容器，且在粉末加入量接近一半时逐渐添加去离子水、Al粉和Sn粉，使之充分---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---混合。随后加入0.12wt%的SiO2和0.06wt%聚乙烯醇，混合均匀。待混合液体均匀稳定后，再加入0.12wt%羧甲基纤维素，并加入去离子水稀释至1L。将上述步骤配成的铝基高温防氧化涂料用自动化喷枪（天津市拓宝科技有限公司，型号：006-1589）喷涂于尺寸规格为100mm×50mm×20mm的TA17钛合金单面，喷涂量根据涂料固化后形成涂层的平均厚度（分别约为50μm、100μm和150μm）加以控制。随后，在常温常压下放置5min使之自然固化，送入1050℃退火炉恒温...