.158 北京科技大学学报 第29卷 研究了熔结涂层的形成机制及其抗高温氧化性 隔5h取出试样，以后每隔20h取出试样，冷却约 1实验方法 20min至室温后用德国赛多利斯1/10电子天平 (ME215P)精确称重.用光学显微镜(0M)和扫描 实验所用的Ti6A一4V合金为轧材，经线切割 电镜(SEM)观察试样表面和断面的组织结构，能谱 制成尺寸为9mmX9mmX3.5mm的试样，然后研 仪(EDS)作微区成分分析，XRD检测其表面生成相 磨、抛光，在无水乙醇中超声波清洗、干燥。游标卡 的组成，差热分析(DTA)用来分析和讨论熔结A一 尺测量试样的尺寸， Si涂层的熔结机制. 熔结涂层的材料由A1粉和Si粉按80%A1+ 20%Si(质量分数)均匀混合，加入适量有机粘结剂 2实验结果 后制成料浆，均匀地涂在除去表面油污和氧化皮的 2.1涂层的结构及相分析 钛合金基体表面上，自然凉干，低氧压熔结处理是 低氧压熔结A1一Sⅰ涂层的横截面结构图如 在纯度为99.999%的高纯氩气保护下加热到 图1(a)所示，相应的面分析及XRD分析如图1(b) 873K,保温10min使涂层中的有机粘结剂挥发掉， 和图2所示.由图1和图2可知，低氧压熔结ASi 然后迅速加热到1273K,保温30min后炉冷至室 涂层明显地分为两层，外层主要由Al,Si、TiSi3和 温.循环氧化实验是在实验室电阻炉中进行，氧化 TiA3等相构成，而内层为在涂层与基体的界面处形 实验温度为1073K,氧化时间累计为105h,为观察 成的富硅层，由于在熔结过程中，钛原子大量地向 合金氧化初期重量的迅速变化，前两次循环氧化，每 外扩散，在涂层/基体处形成了一层连续的贫钛层 低氧压熔结A-S:徐层 富硅层 b 00m 10aM035 图1低氧压ASi熔结涂层横截面结构示意图(a)及相应的元素分布(b) Fig-I SEM micrograph of the section of a low oxygen partial pressure Al-Si fusing coating (a)and corresponding element distribution images (b) 表1图1中点的化学成分（原子数分数） Si△A1,O1 Ti,Si,◆AlT Table 1 Chemical composition of marked characteristic sites in Fig.I % 图1(a)中点的位置 i Al Si 1 35.41 13.82 50.77 2 4.04 92.52 3.44 以证明，在涂层某些微区Ti、Al和Si三种元素同时 40 50 60 70 80 存在，原因是在熔结过程中因为ASi熔体中的Si 20() 参与了反应，因此除了TiSi和Ti一Al二元相外， 图2低氧压AS熔结涂层的X射线衍射增 T1一ASi三元相也应该作为反应产物存在于熔结 Fig.2 XRD pattern of the surface of a low oxygen partial pressure 涂层中，根据三元相图)可知，该体系中至少有五 Al-Si fusing coating 种三元产物，包括AlSi3Ti2、AISi3Ti6、AlSi7Ti4、 通过对涂层进行微区分析，如表1所示， Al5Si2Ti7(或Ti7Al5Si12)和Al12Si3Ti5,然而现有的 Ti一A1Si三元化合物作为熔结反应产物在熔结过 JCPDS卡片中只能找到Ti7 AlsSi12相的数据.通过 程中也可能发生，其相应的EDS面分析可进一步加 对XRD衍射图谱进行分析表明，图中尚有一些未知研究了熔结涂层的形成机制及其抗高温氧化性． 1 实验方法 实验所用的 Ti－6Al－4V 合金为轧材‚经线切割 制成尺寸为9mm×9mm×3∙5mm 的试样‚然后研 磨、抛光‚在无水乙醇中超声波清洗、干燥．游标卡 尺测量试样的尺寸． 熔结涂层的材料由 Al 粉和 Si 粉按80％ Al＋ 20％ Si（质量分数）均匀混合‚加入适量有机粘结剂 后制成料浆‚均匀地涂在除去表面油污和氧化皮的 钛合金基体表面上‚自然凉干．低氧压熔结处理是 在纯 度 为 99∙999％ 的 高 纯 氩 气 保 护 下 加 热 到 873K‚保温10min 使涂层中的有机粘结剂挥发掉‚ 然后迅速加热到1273K‚保温30min 后炉冷至室 温．循环氧化实验是在实验室电阻炉中进行‚氧化 实验温度为1073K‚氧化时间累计为105h．为观察 合金氧化初期重量的迅速变化‚前两次循环氧化‚每 隔5h 取出试样‚以后每隔20h 取出试样‚冷却约 20min至室温后用德国赛多利斯1／105 电子天平 （ME215P）精确称重．用光学显微镜（OM）和扫描 电镜（SEM）观察试样表面和断面的组织结构‚能谱 仪（EDS）作微区成分分析．XRD 检测其表面生成相 的组成‚差热分析（DTA）用来分析和讨论熔结 Al－ Si 涂层的熔结机制． 2 实验结果 2∙1 涂层的结构及相分析 低氧压熔结 Al－Si 涂层的横截面结构图如 图1（a）所示‚相应的面分析及 XRD 分析如图1（b） 和图2所示．由图1和图2可知‚低氧压熔结 Al－Si 涂层明显地分为两层‚外层主要由 Al、Si、Ti5Si3 和 TiAl3 等相构成‚而内层为在涂层与基体的界面处形 成的富硅层．由于在熔结过程中‚钛原子大量地向 外扩散‚在涂层／基体处形成了一层连续的贫钛层． 图1 低氧压 Al－Si 熔结涂层横截面结构示意图（a）及相应的元素分布（b） Fig．1 SEM micrograph of the section of a low oxygen partial pressure Al－Si fusing coating （a） and corresponding element distribution images （b） 图2 低氧压 Al－Si 熔结涂层的 X 射线衍射谱 Fig．2 XRD pattern of the surface of a low oxygen partial pressure Al－Si fusing coating 通 过 对 涂 层 进 行 微 区 分 析‚如 表 1 所 示‚ Ti－Al－Si三元化合物作为熔结反应产物在熔结过 程中也可能发生‚其相应的 EDS 面分析可进一步加 表1 图1中点的化学成分（原子数分数） Table1 Chemical composition of marked characteristic sites in Fig．1 ％ 图1（a）中点的位置 Ti Al Si 1 35∙41 13∙82 50∙77 2 4∙04 92∙52 3∙44 以证明‚在涂层某些微区 Ti、Al 和 Si 三种元素同时 存在．原因是在熔结过程中因为 Al－Si 熔体中的 Si 参与了反应‚因此除了 Ti－Si 和 Ti－Al 二元相外‚ Ti－Al－Si三元相也应该作为反应产物存在于熔结 涂层中．根据三元相图［9］可知‚该体系中至少有五 种 三 元 产 物‚包 括 AlSi3Ti2、AlSi3Ti6、AlSi7Ti4、 Al5Si12Ti7（或 Ti7Al5Si12）和 Al12Si3Ti5‚然而现有的 JCPDS 卡片中只能找到 Ti7Al5Si12相的数据．通过 对 XRD 衍射图谱进行分析表明‚图中尚有一些未知 ·158· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷