299 / 2022-09-28 17:04:53

Ti-Al-N基多层涂层在常温盐雾和热腐蚀周期交替环境中的损伤失效机理

多层涂层，盐雾，热腐蚀，表面缺陷，异质界面

海洋高盐、高湿热环境会使服役于海洋环境的压气机叶片受到严重的腐蚀损伤，表面防护涂层是有效提升叶片材料抗腐蚀性能、延长其服役寿命的有效措施之一。现有的研究中，模拟环境主要针对单一的常温盐雾腐蚀或热腐蚀，实际上压气机叶片工作过程中受常温盐雾和热腐蚀周期性交替作用，相关研究缺乏，腐蚀机理有待揭示。本工作通过多弧离子镀技术在Ti-6Al-4V基体上制备了TiAlN/TiN-Ti-TiN周期交替组成的Ti-Al-N基多层涂层，研究了20周期的常温盐雾（22 h）和热腐蚀（2 h）实验后涂层的腐蚀损伤机理。结果表明，得益于涂层致密的周期性交替多层结构，涂层经20周期腐蚀后仍呈TiN和Ti₂N相择优取向，表现出优异的抗盐雾-热腐蚀性能。损伤机理分析发现，在盐雾热腐蚀初期，腐蚀介质在涂层表面大颗粒孔洞等缺陷附近优先形成结构疏松多孔的TiO₂和Na_xTi_yO_z的腐蚀产物，导致在缺陷处产生微裂纹并不断扩展，使得腐蚀介质快速内扩散，继而沿TiAlN层柱状晶晶界进入到多层界面处，引发电偶腐蚀，弱化了界面结合，导致涂层局部剥落。随着腐蚀周期的增加，由于腐蚀粒子不断内扩散，界面腐蚀加重，涂层变得更加的疏松，涂层出现坍塌性大面积剥落。总体而言，涂层大颗粒孔洞等缺陷的存在对涂层腐蚀初期产生重要影响，但主导涂层整体失效的因素则来源于软硬交替异质界面的电偶腐蚀。