Microstructure and high-temperature oxidation resistance of laser cladding in-situ synthesis Ti-Al-Si composite coatings

为提高钛合金的高温抗氧化性能，采用激光熔覆原位自生技术，在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti:Al:Si=41:41:18和Ti:Al:Si=35:35:30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成；借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能；结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明，涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织，全部为细小等轴晶。在800 ℃×24 h×5次循环氧化条件下，TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1 mg·cm-2，涂层的约为2.8 mg·cm-2和3.3 mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理，一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层，阻碍了氧扩散；另一方面是提高了氧化层的黏附性，使氧化层不易从涂层表面剥落，对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。