鈦合金具有較低的密度、高的比強度、良好的抗高溫氧化性能，是航空發動機壓氣機的關鍵材料。對于常年在海洋環境服役的飛機，壓氣機在高溫海洋大氣環境工作，其鈦合金部件面臨著由固態NaCl和水蒸氣引起的加速腐蝕問題。在鈦合金表面施加TiAlN涂層顯著提高了其在450 ℃模擬海洋大氣環境中 （即NaCl-H2O-O2協同作用環境） 的高溫耐蝕性。但研究表明，提高使用溫度將加速涂層在模擬海洋大氣環境中的失效過程。例如，在550 ℃時，表面施加TiAlN涂層的鈦合金樣品僅20 h即發生局部加速腐蝕，這與氮化物涂層中存在的熔滴或針孔等固有缺陷密切相關，熱暴露過程中Cl-等腐蝕性介質沿著這些缺陷向內擴散導致基材的局部嚴重腐蝕。增加涂層厚度可延緩加速腐蝕的發生，提高涂層耐蝕性。但是對于氮化物硬質涂層，隨著涂層厚度的增加，涂層內應力會增大，涂層中較高的內應力和本征脆性使得涂層與基材的結合性能隨厚度的增加而降低。單層氮化物涂層在厚度超過6~7μm時剝落的趨勢明顯增大。而且，當使用溫度達750 ℃及以上時，涂層與基材熱膨脹系數的不匹配將導致涂層中產生較大的張應力，易使涂層開裂。這與陶瓷低的斷裂韌性密切相關，陶瓷涂層的原子結構決定了其內應力難以通過滑移或蠕變等塑性變形的形式來釋放，陶瓷材料的本征斷裂韌性低，涂層中裂紋擴展速率高，因此難以保證氮化物涂層在中高溫環境下的長期服役性能。
在硬質涂層中引入金屬過渡層，構成金屬/氮化物多層復合涂層，金屬層作為緩沖層，可以使涂層內的殘余應力得到松弛。而且，已有研究表明，較厚的金屬/氮化物多層復合涂層（15~25 μm,甚至更厚）仍具有較好的粘附性，金屬/氮化物多層涂層相對單層氮化物涂層具有較好的室溫耐蝕性。工業技術的發展對涂層材料性能的要求越來越高。有研究發現，在更高的腐蝕溫度和更長的腐蝕時間環境下，單層TiAlN涂層很快失去對金屬材料的防護作用，很難達到服役要求。在更苛刻的服役環境下Ti/TiAlN多層復合涂層獨特的結構可以成為潛在的優良耐蝕涂層。然而，在高溫固態NaCl和水蒸氣環境下Ti/TiAlN多層復合涂層對鈦合金腐蝕防護性研究較少。
本文在Ti-6Al-4V鈦合金上(shang)沉積了(le)TiAlN單層(ceng)涂層(ceng)、Ti/TiAlN多(duo)層(ceng)復合涂層(ceng)，同時(shi)研究涂層(ceng)在600 ℃，NaCl-H2O-O2協(xie)同環境中的(de)抗(kang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能，探(tan)討了(le)涂層(ceng)的(de)腐(fu)蝕(shi)機(ji)理。
1 實驗方法
基體(ti)(ti)選用TC4鈦合(he)金材料Ti-6Al-4V,其化學成(cheng)分(fen) （質量分(fen)數，%） 為：Al 6.00,V 4.00,Fe 0.32,O 0.20,Cu 0.03,Cr 0.01,Ti余量。將基體(ti)(ti)材料線切割成(cheng)15 mm ×10 mm×2 mm樣品，研磨、拋光，在(zai)酒(jiu)精和丙酮混合(he)液中超(chao)聲清洗(xi)后吹干。
使(shi)用DH-4 型(xing)多弧離子(zi)鍍(du)設備沉積涂層，陰(yin)極靶(ba)材為Ti50Al50 （原子(zi)分數，%） 和Ti （純度大于99.9%,質(zhi)量分數）。
沉積TiAlN單(dan)層涂(tu)層時(shi)，使用Ti50Al50靶材(cai)，反應氣體(ti)(ti)(ti)為N2。當本底(di)抽真空達(da)6.0×10-3 Pa后(hou)，通入N2,弧電流70 A,基(ji)體(ti)(ti)(ti)施加-900 V偏(pian)壓后(hou)，轟擊基(ji)體(ti)(ti)(ti)3 min,以(yi)清(qing)洗表面的污物。具體(ti)(ti)(ti)的工藝參數為：弧電流70 A,N2壓強(qiang)2.0 Pa,偏(pian)壓-600 V,基(ji)體(ti)(ti)(ti)溫度200 ℃，沉積時(shi)間1 h。
沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)Ti/TiAlN多(duo)層復合涂層時(shi)(shi)，使用Ti和Ti50Al50兩種靶(ba)(ba)材，沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)TiAlN子(zi)層時(shi)(shi)樣(yang)品(pin)架正對(dui)TiAl靶(ba)(ba)自轉，Ti靶(ba)(ba)弧(hu)電流關(guan)閉(bi)，沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)主要參數(shu)同TiAlN單層涂層；沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)Ti子(zi)層時(shi)(shi)，關(guan)閉(bi)N2,通入Ar,關(guan)閉(bi)TiAl陰極靶(ba)(ba)材弧(hu)電流，使樣(yang)品(pin)架正對(dui)Ti靶(ba)(ba)自轉，主要工藝參數(shu)為(wei)：弧(hu)電流70 A,工作氣壓0.43 Pa,基體溫度200 ℃，偏壓-200 V,沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)時(shi)(shi)間(jian)3 min。通過控(kong)制(zhi)沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)時(shi)(shi)間(jian)控(kong)制(zhi)各層的沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)厚度。首先沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)TiAlN層，然后(hou)沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)Ti層，沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)Ti層結(jie)束后(hou)記(ji)為(wei)1個(ge)(ge)循(xun)環周期，依次交替沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)，共沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)5個(ge)(ge)周期，最后(hou)再沉(chen)(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)一層TiAlN層，時(shi)(shi)間(jian)為(wei)1 h。
固態NaCl與水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)協同作(zuo)用(yong)腐(fu)蝕實(shi)驗裝置(zhi)如(ru)圖(tu)1所示。將試樣(yang)懸(xuan)掛于加熱(re)(re)爐(lu)中，以工業用(yong)O2為載氣(qi)(qi) （純(chun)度(du)大于99.3%,質(zhi)量分數(shu)），經水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)發生(sheng)(sheng)器將水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)帶(dai)入爐(lu)腔進行腐(fu)蝕動(dong)力學實(shi)驗。用(yong)毛刷(shua)蘸調配好的(de)(de)(de)飽和(he)NaCl溶(rong)液 （26.5%,質(zhi)量分數(shu)） 在預熱(re)(re)后的(de)(de)(de)試樣(yang)表面均勻涂上(shang)一(yi)層鹽膜，鹽膜的(de)(de)(de)厚度(du)控制(zhi)在1~2 mg/cm2,所有樣(yang)品預熱(re)(re)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)均控制(zhi)在約(yue)300 ℃，采用(yong)紅外測(ce)量預熱(re)(re)溫(wen)度(du)。水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)發生(sheng)(sheng)器的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)控制(zhi)在50 ℃，O2流量為50 mL/min。當爐(lu)溫(wen)達到600 ℃，且氣(qi)(qi)流穩定后，將試樣(yang)置(zhi)于爐(lu)內氧(yang)化，每20 h取出，在煮沸的(de)(de)(de)蒸(zheng)餾水(shui)中清洗30 min以去除殘留的(de)(de)(de)NaCl,烘(hong)干(gan)后用(yong)電子天平 （精度(du)為10-5 g） 稱重。重復上(shang)述過程，直(zhi)至(zhi)總腐(fu)蝕時(shi)間達到200 h。
采(cai)用帶有能譜儀 （EDS） 的XL30型(xing)掃描電鏡 （SEM） 觀察涂層腐蝕(shi)前(qian)后的表(biao)面(mian)和截面(mian)形貌，并(bing)對其成分(fen)進(jin)行定性分(fen)析。采(cai)用D/MAX-RA型(xing)X射(she)線衍射(she)儀 （XRD） 分(fen)析試(shi)樣表(biao)面(mian)腐蝕(shi)產(chan)物的物相(xiang)組成。
2 結果與討論(lun)
2.1 涂層的(de)形貌和物相(xiang)
圖2是TiAlN單層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)和Ti/TiAlN多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)截(jie)面和斷(duan)(duan)口形(xing)貌。由截(jie)面形(xing)貌 （圖2a和c） 可見，TiAlN單層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)厚度(du)(du)約(yue)為(wei)4.5 μm;多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)Ti子(zi)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)約(yue)為(wei)0.15 μm,TiAlN子(zi)層(ceng)(ceng)(ceng)約(yue)為(wei)1.7 μm （頂層(ceng)(ceng)(ceng)約(yue)4.5 μm），Ti/TiAlN多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)總厚度(du)(du)約(yue)為(wei)12.5 μm。兩種涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)致(zhi)密、平整(zheng)，與TC4基體結(jie)(jie)合緊密。涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)均含有極少量的(de)(de)熔滴。眾所周(zhou)知，在多(duo)(duo)弧離(li)子(zi)鍍技術制備的(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)，熔滴的(de)(de)存在是不可避(bi)免(mian)的(de)(de)。從(cong)斷(duan)(duan)口形(xing)貌可見，單層(ceng)(ceng)(ceng)TiAlN涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng) （圖2b） 為(wei)連(lian)續(xu)的(de)(de)柱(zhu)狀晶結(jie)(jie)構(gou)；對于(yu)Ti/TiAlN多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng) （圖2d），TiAlN子(zi)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)連(lian)續(xu)柱(zhu)狀晶結(jie)(jie)構(gou)被引入的(de)(de)Ti層(ceng)(ceng)(ceng)破(po)壞(huai)，晶粒在Ti子(zi)層(ceng)(ceng)(ceng)上重新成核，導致(zhi)Ti/TiAlN多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)形(xing)成不連(lian)續(xu)的(de)(de)柱(zhu)狀晶結(jie)(jie)構(gou)。
圖3是TiAlN單層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)和Ti/TiAlN多(duo)層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的XRD譜。可見，TiAlN單層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)為B1NaCl結(jie)(jie)構，具有 （220） 擇優取向，檢(jian)測到的Ti的衍射峰(feng)是TC4基體的衍射峰(feng)。Ti/TiAlN多(duo)層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)由兩相(xiang)(xiang)組成，具有B1NaCl結(jie)(jie)構和 （220） 擇優取向的氮化物相(xiang)(xiang)以(yi)及Ti金屬相(xiang)(xiang)，分別(bie)對應著多(duo)層(ceng)(ceng)結(jie)(jie)構中的TiAlN層(ceng)(ceng)和金屬Ti層(ceng)(ceng)。
2.2 NaCl-HO-O協(xie)同腐蝕(shi)
圖4是(shi)兩(liang)種涂層在(zai)600 ℃下NaCl-H2O-O2環境中的腐(fu)(fu)蝕(shi)動力學曲線。TiAlN單層涂層腐(fu)(fu)蝕(shi)20 h后發生了明顯增(zeng)重(zhong)(zhong)，40 h后開(kai)始失(shi)重(zhong)(zhong)，100 h后明顯失(shi)重(zhong)(zhong)，因(yin)此腐(fu)(fu)蝕(shi)實驗(yan)只(zhi)進行了100 h。Ti/TiAlN多(duo)層涂層在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)120 h之前產生了較小的腐(fu)(fu)蝕(shi)增(zeng)重(zhong)(zhong)，之后輕微失(shi)重(zhong)(zhong)。腐(fu)(fu)蝕(shi)過程中樣品的增(zeng)重(zhong)(zhong)和失(shi)重(zhong)(zhong)分別(bie)對應著腐(fu)(fu)蝕(shi)產物的生成和脫落。
圖5為兩種涂(tu)層樣(yang)品腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)后(hou)的(de)表面(mian)和截(jie)面(mian)形(xing)貌。從圖5a和b可見，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)100 h后(hou)，單(dan)層TiAlN涂(tu)層局(ju)部(bu)已經完全損耗，TC4基(ji)體已被腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，由于腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)脫落基(ji)體中形(xing)成(cheng)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑(keng)；其他區域涂(tu)層較(jiao)完整(zheng)(zheng)，但(dan)表面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)較(jiao)厚，局(ju)部(bu)區域腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)開裂(lie)剝落 （圖5c和d）。圖5e和f為Ti/TiAlN多(duo)(duo)層復合(he)涂(tu)層腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)200 h后(hou)的(de)表面(mian)和截(jie)面(mian)形(xing)貌，可以看出，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)后(hou)多(duo)(duo)層涂(tu)層保持完整(zheng)(zheng)，并未像單(dan)層涂(tu)層那樣(yang)發(fa)生局(ju)部(bu)加速腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。表面(mian)形(xing)成(cheng)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)較(jiao)厚，腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)層表面(mian)輕微開裂(lie)，但(dan)從截(jie)面(mian)形(xing)貌可見腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)內(nei)部(bu)未發(fa)現明(ming)顯(xian)的(de)、貫穿性的(de)裂(lie)紋(wen)，說明(ming)表面(mian)裂(lie)紋(wen)的(de)深度較(jiao)淺。圖6的(de)EDS結果(guo)表明(ming)，TiAlN單(dan)層涂(tu)層和Ti/TiAlN多(duo)(duo)層涂(tu)層表面(mian)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)產(chan)物(wu)中均含有Na,Ti,Al,和O等元素。
結合兩(liang)種涂(tu)(tu)層的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)動(dong)力(li)學結果和腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)形貌觀(guan)察，可以推測(ce)，單層涂(tu)(tu)層在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)20 h后就(jiu)發生(sheng)了(le)(le)局部加速腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，由于局部涂(tu)(tu)層完全損耗，基體被腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，因此(ci)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)增(zeng)(zeng)(zeng)重較(jiao)大；隨(sui)后的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)雖然腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)不斷增(zeng)(zeng)(zeng)厚，但在(zai)冷(leng)卻(que)和煮沸的(de)清洗過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)脫落(luo)導致(zhi)(zhi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)失重；隨(sui)著腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)時間的(de)延長，發生(sheng)局部加速腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)區(qu)域增(zeng)(zeng)(zeng)多，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)形成(cheng)和脫落(luo)的(de)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)不斷發生(sheng)，最終導致(zhi)(zhi)較(jiao)大的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)失重。多層涂(tu)(tu)層在(zai)200 h的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)保持(chi)完整，涂(tu)(tu)層表面形成(cheng)了(le)(le)均勻的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)后期在(zai)冷(leng)卻(que)和煮沸清洗過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)輕微(wei)開裂剝落(luo)，表現(xian)在(zai)動(dong)力(li)學曲線(xian)上為120 h前較(jiao)小(xiao)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)增(zeng)(zeng)(zeng)重，約為0.15 mg/cm-2,而120 h后腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)增(zeng)(zeng)(zeng)重保持(chi)穩定，變化不大。
圖7給出(chu)了兩(liang)種涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)樣品(pin)在600 ℃/NaCl-H2O-O2環境(jing)中腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)后的(de)XRD譜(pu)。可以(yi)看(kan)到，TiAlN單層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物由Na1.97Al1.82Ti6.15O16,Na4Ti5O12,和TiO2相(xiang)組成，相(xiang)對(dui)于原(yuan)始沉(chen)積態涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)后氮化物相(xiang)的(de)峰(feng)(feng)強(qiang)度變弱，基(ji)體Ti峰(feng)(feng)明顯增強(qiang)，與腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)過程中涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)消耗以(yi)及鈦(tai)合金基(ji)材(cai)中蝕(shi)(shi)(shi)坑形成和裸露相(xiang)對(dui)應。Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物由Na1.97Al1.82Ti6.15O16相(xiang)組成，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)后涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中氮化物相(xiang)的(de)衍(yan)射峰(feng)(feng)依然很強(qiang)，說(shuo)明涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)未發生明顯損耗。
在600 oC下(xia)NaCl-H2O-O2環境(jing)中，TiAlN涂層可能與NaCl,H2O和O2發生如下(xia)反應：
其中，式 （1） 和 （2） 的?G o為負值，由于未能獲得Na2Al2Ti6O16和Na4Ti5O12的熱力學數據，因此無法計算式 （3） 和 （4） 的?G o值，但是從腐蝕產物的XRD譜結果，可推斷發生反應 （3） 和 （4），其?G o應小于0。
可見，在600 ℃下NaCl-H2O-O2環境中，TiAlN涂層氧化生成的TiO2和Al2O3與NaCl和H2O反應生成了Al和Ti的含氧鈉鹽，導致形成的腐蝕產物較厚，同時形成了副產物HCl （g）。通過熱力學計算可知，見式 （5）~（7），TiAlN涂層與HCl （g） 反應的可能性很小，雖然式 （8） 的?G o<0,但是數值很小接近于0,反應的驅動力很弱，發生可能性不大。
但是，對于TiAlN單層涂(tu)層，其結構(gou)為柱狀晶(jing)結構(gou)，內部存在(zai)一些(xie)針孔(kong)、熔(rong)滴等缺(que)陷(xian)(xian)及(ji)(ji)大量的晶(jing)界，在(zai)腐蝕(shi)過程中，這些(xie)晶(jing)界及(ji)(ji)缺(que)陷(xian)(xian)可能會(hui)為腐蝕(shi)介質(zhi)(zhi)O,H2O和Cl-的擴散提(ti)供通道，加(jia)之單層TiAlN涂(tu)層較薄(bo)，厚度為4.5 μm,腐蝕(shi)介質(zhi)(zhi)可能會(hui)在(zai)較短的時間內沿著某(mou)些(xie)貫穿(chuan)性缺(que)陷(xian)(xian)擴散到(dao)基體，可能發生如下反應：
由式 （11） 和 （12） 的?G o值可推測，式 （10） 反應的副產物HCl很可能與鈦合金基材反應生成TiCl2 （g），TiCl2 （g） 再與O2 （g） 反應形成TiO2。由于這兩個反應的循環發生，導致合金基體的加速腐蝕，如圖7a和b所示。XRD譜也表明TiAlN單層涂層的腐蝕產物中含有較多的TiO2,其形成可能與HCl誘發的鈦合金基材局部加速腐蝕有關。
Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)200 h后(hou)依然保持完(wan)整，只發(fa)生了(le)均(jun)勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物層(ceng)(ceng)(ceng)也只發(fa)生了(le)輕(qing)微的(de)(de)(de)(de)開(kai)裂和剝(bo)落。多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中由于Ti層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)引(yin)入(ru)，破壞了(le)TiAlN層(ceng)(ceng)(ceng)連續柱狀晶(jing)的(de)(de)(de)(de)結(jie)構，抑制了(le)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中貫穿性(xing)(xing)固有(you)缺陷(xian) （針孔等(deng)） 的(de)(de)(de)(de)形(xing)成，有(you)效減緩了(le)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質(zhi)在(zai)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部(bu)的(de)(de)(de)(de)擴散(san)，而且涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)總厚度的(de)(de)(de)(de)增加明(ming)顯(xian)(xian)延(yan)長了(le)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質(zhi)到(dao)達合金(jin)基材(cai)的(de)(de)(de)(de)路徑，延(yan)緩了(le)合金(jin)被腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)時間，因此較(jiao)(jiao)厚的(de)(de)(de)(de)多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)相對(dui)單層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)具有(you)更好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。而且，Ti層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)引(yin)入(ru)使涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)內應力(li)得到(dao)松弛(chi)，較(jiao)(jiao)厚的(de)(de)(de)(de)Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)與合金(jin)基材(cai)結(jie)合良好(hao)，腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)后(hou)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)未發(fa)生開(kai)裂和剝(bo)落。在(zai)600℃下NaCl-H2O-O2環境(jing)中Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)TiAlN單層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)明(ming)顯(xian)(xian)提升。
3 結論
（1） 單層(ceng)TiAlN涂(tu)層(ceng)為(wei)B1NaCl柱(zhu)狀(zhuang)晶結構(gou)，Ti/TiAlN多(duo)層(ceng)涂(tu)層(ceng)中由于金(jin)屬(shu)Ti層(ceng)的引入，形成(cheng)不連(lian)續的柱(zhu)狀(zhuang)晶結構(gou)。
（2） 在600 ℃下NaCl-H2O-O2環境中腐蝕(shi)后(hou)，單層(ceng)(ceng)(ceng)TiAlN涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)局部完全損耗，導致TC4基(ji)體(ti)局部被腐蝕(shi)；Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)保持完整，表面形(xing)成了均勻的(de)腐蝕(shi)產物，合金基(ji)材未受到侵蝕(shi)。Ti/TiAlN多層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)耐蝕(shi)性明顯(xian)優于TiAlN單層(ceng)(ceng)(ceng)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)。
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