熊家帅等：电镀Cr涂层对TC4钛合金燃烧性能的影响 ·1011 (a) (b) 100m 10m 50 um 图7TC4基体氩气吹灭后的SEM图.(a)I一氧化物区、Ⅱ一熔化区：(b)(a)的局部放大：(c)(a)的局部放大（Ⅱ一熔化区）：(d)Ⅲ一熔化区、 V一过渡区、V一热影响区 Fig.7 SEM image of TC4 substrate being blown away by argon:(a)I-oxide zone,II-fusion zone;(b)partial enlargement of(a);(c)partial enlargement of (a)(II-fusion zone);(d)Ill-fusion zone,IV-transition zone,V-heat affected zone 表2图7中各点EDS分析结果（原子数分数） V一过渡区、M一热影响区（近过渡区一端）及未 Table 2 EDS analysis results of each point in Fig.7(atomic fraction)% 参与燃烧的基体（Ⅱ、Ⅳ为熔化区近氧化物区和熔 Elements Point 1 Point 2 Point 3 Point 4 Point 5 Point6 化区近过渡区).经EDS元素分析（表3），氧化物 69.7413.3484.09 74.3351.1271.01 区呈深灰色，是Ti的氧化物（点1）.熔化区内主要 4 5.56 57.050.95 13.3726.5615.00 是浅灰色凸起相、白色析出相及少量的黑色相 0.96 0.00 0.56 4.97 13.71 9.13 浅灰色相富T元素和O元素（点3），但其氧含量 0 23.7429.6314.397.338.60 4.86 比氧化物区低，原子数分数约为6.5%.白色相中 Ti元素含量较低，Al元素原子数分数约为18%， 区近过渡区).结合EDS元素分析（表2，氧化物 Cr元素原子数分数约为25%，明显高于灰色相， 区呈现深灰色，主要是T元素和O元素（点1），为 V元素含量也比基体稍高，为富Cr、Al、V元素的 T的氧化物.熔化区呈现“瘤状”，包括浅灰色凸 析出相（点2）.黑色相是A1元素和O元素，为 起相、浅白色析出相、黑色析出相及浅白色析出 A1及其氧化物（点4）.从氧化物区到热影响区前 相上的白色网状物质.其中浅灰色相和氧化区成 端，A1的氧化物（黑色相）明显减少 分相同，是T元素和O元素，但是氧原子浓度稍 从图9中热影响区的外围一侧可以看出，在燃 低，约为15%，而黑色析出相是A1元素和O元素， 烧热和氧的共同作用下，在热影响区的外侧（横 为A1的氧化物（点2）.浅白色析出相与浅灰色相 向)，热影响区近过渡区一端，依次出现Ti-C固 比较，氧原子浓度偏低（约7.5%），但是A1元素与 相扩散区、Ti-Cr熔化区和Ti的氧化区.随着向基 V元素含量较高（点4），其上析出的白色相，A1、V 体区靠近（纵向），外侧T的氧化区逐渐消失，出现 含量更高（点5）.从图7(d)可以看出，在热影响区 固相纯Cr区.固相纯Cr区与Ti-Cr熔化区之间存 近过渡区一端(V),存在A1元素的析出相（点6）， 在微观裂纹.从图10(a)~(c)中的元素线扫描结 这些析出相经过渡区，进入熔化区，形成富T、O相、 果来看，从热影响区到基体（纵向），Ti-Cr固相扩 富Al、V相、单独存在的A1元素及其氧化物 散区和Ti-Cr熔化区逐渐减小，直至消失，但 图8是镀有60umCr层的试样燃烧的SEM图. Ti-Cr熔化区内的Cr元素原子数分数却在不断增 从图8中可以看出，含60mCr层的试样燃烧后 加，但始终低于50%.继续向基体区靠近，在熔化 的组织依然包括I一氧化物区、Ⅲ一熔化区、 区消失以后，依然存在微裂纹.裂纹左侧是Ti-Cr区近过渡区）. 结合 EDS 元素分析 (表 2)，氧化物 区呈现深灰色，主要是 Ti 元素和 O 元素（点 1），为 Ti 的氧化物. 熔化区呈现“瘤状”，包括浅灰色凸 起相、浅白色析出相、黑色析出相及浅白色析出 相上的白色网状物质. 其中浅灰色相和氧化区成 分相同，是 Ti 元素和 O 元素，但是氧原子浓度稍 低，约为 15%，而黑色析出相是 Al 元素和 O 元素， 为 Al 的氧化物（点 2）. 浅白色析出相与浅灰色相 比较，氧原子浓度偏低（约 7.5%），但是 Al 元素与 V 元素含量较高（点 4），其上析出的白色相，Al、V 含量更高（点 5）. 从图 7（d）可以看出，在热影响区 近过渡区一端（Ⅴ），存在 Al 元素的析出相（点 6）， 这些析出相经过渡区，进入熔化区，形成富 Ti、O 相、 富 Al、V 相、单独存在的 Al 元素及其氧化物. 图 8 是镀有 60 μm Cr 层的试样燃烧的 SEM 图. 从图 8 中可以看出，含 60 μm Cr 层的试样燃烧后 的组织依然包括Ⅰ— 氧化物区 、Ⅲ— 熔化区 、 Ⅴ—过渡区、Ⅵ—热影响区（近过渡区一端）及未 参与燃烧的基体（Ⅱ、Ⅳ为熔化区近氧化物区和熔 化区近过渡区）. 经 EDS 元素分析（表 3），氧化物 区呈深灰色，是 Ti 的氧化物（点 1）. 熔化区内主要 是浅灰色凸起相、白色析出相及少量的黑色相. 浅灰色相富 Ti 元素和 O 元素（点 3），但其氧含量 比氧化物区低，原子数分数约为 6.5%. 白色相中 Ti 元素含量较低，Al 元素原子数分数约为 18%， Cr 元素原子数分数约为 25%，明显高于灰色相， V 元素含量也比基体稍高，为富 Cr、Al、V 元素的 析出相（点 2） . 黑色相是 Al 元素和 O 元素 ，为 Al 及其氧化物（点 4）. 从氧化物区到热影响区前 端，Al 的氧化物（黑色相）明显减少. 从图 9 中热影响区的外围一侧可以看出，在燃 烧热和氧的共同作用下，在热影响区的外侧（横 向），热影响区近过渡区一端，依次出现 Ti–Cr 固 相扩散区、Ti–Cr 熔化区和 Ti 的氧化区. 随着向基 体区靠近（纵向），外侧 Ti 的氧化区逐渐消失，出现 固相纯 Cr 区. 固相纯 Cr 区与 Ti–Cr 熔化区之间存 在微观裂纹. 从图 10（a）～（c）中的元素线扫描结 果来看，从热影响区到基体（纵向），Ti–Cr 固相扩 散 区 和 Ti –Cr 熔化区逐渐减小 ，直至消失 ， 但 Ti–Cr 熔化区内的 Cr 元素原子数分数却在不断增 加，但始终低于 50%. 继续向基体区靠近，在熔化 区消失以后，依然存在微裂纹. 裂纹左侧是 Ti–Cr 4 5 Ⅰ Ⅱ 1 2 3 Ⅲ Ⅳ Ⅴ 6 100 μm (a) 20 μm (b) (c) 50 μm (d) 10 μm 图 7    TC4 基体氩气吹灭后的 SEM 图. （a）Ⅰ—氧化物区、Ⅱ—熔化区；（b）（a）的局部放大；（c）（a）的局部放大（Ⅱ—熔化区）；（d）Ⅲ—熔化区、 Ⅳ—过渡区、Ⅴ—热影响区 Fig.7     SEM  image  of  TC4  substrate  being  blown  away  by  argon:  (a)  I —oxide  zone,  II —fusion  zone;  (b)  partial  enlargement  of  (a);  (c)  partial enlargement of (a) (II—fusion zone); (d) III—fusion zone, IV—transition zone, V—heat affected zone 表 2    图 7 中各点 EDS 分析结果（原子数分数） Table 2    EDS analysis results of each point in Fig. 7 (atomic fraction) % Elements Point 1 Point 2 Point 3 Point 4 Point 5 Point 6 Ti 69.74 13.34 84.09 74.33 51.12 71.01 Al 5.56 57.05 0.95 13.37 26.56 15.00 V 0.96 0.00 0.56 4.97 13.71 9.13 O 23.74 29.63 14.39 7.33 8.60 4.86 熊家帅等： 电镀 Cr 涂层对 TC4 钛合金燃烧性能的影响 · 1011 ·