阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

包雅婷, 王亚楠, 郑 磊, 林向军, 侯广亚, 唐谊平, 伍廉奎,3*

（1．浙江工业大学 材料科学与工程学院，杭州 310014；2．军事科学院 国防工程研究院，北京 100850；3．中山大学 材料学院，广州 510275）

TiAl基金属间化合物具有密度低、杨氏模量高、耐蚀性能和抗蠕变性能好等特点，在航空航天和汽车领域中有广泛的应用[1-2]。然而，高温下TiAl合金表面易形成非保护性的TiO2和Al2O3混合氧化膜，导致其抗高温氧化性能降低，制约了TiAl合金的实际应用[3-5]。

为此，国内外学者进行了大量的研究，采用合金化设计和表面处理来提高TiAl合金的抗高温氧化性能。研究表明，添加合金元素是改善TiAl基合金抗高温氧化性能的主要方式之一。Ping等[6]利用第一性原理计算发现，Zr、Nb、Mo等合金元素提高了TiO2晶格中氧空位的形成能，降低了Al2O3对TiO2相对稳定性，提高了TiAl合金的抗高温氧化性能。

合金化虽然可显著提高TiAl合金抗高温氧化性能，但加入大量合金元素会导致合金的延展性和韧性降低，影响合金的力学性能[7-8]。对合金表面改性可在不改变合金自身力学性能的前提下有效提高其抗高温氧化性能，因而得到广泛应用[9]。Małecka[10]利用磁控溅射技术，在合金表面获得了一层致密的Al2O3涂层，有效降低涂层/基体界面处氧分压，促进基体中Al的选择性氧化，提高了合金的抗高温氧化性能。Yu等[11]在H2SO4和HF电解液中对Ti-50Al合金进行阳极氧化处理，制备含氟多孔阳极氧化膜。经过高温循环氧化10次（升温至600 ℃，800 ℃保持5 h，降温至600 ℃，空冷至室温为一循环），Ti-50Al合金质量增重仅为0.36 mg/cm2。近年来，本课题组[12-14]提出在含氟体系中采用阳极氧化技术在TiAl合金表面原位生长一层富铝含氟氧化膜以提高合金抗高温氧化性能。……