随着科技?经济和军事等领域的快速生长，，，，，各个 国家为了增强自身的海防军事实力，，，，，将大宗的金属 应用到了海洋军事装备中 [1-2]?海水是一种电解质，，，，，含有大宗侵蚀性氯离子?在海洋情形中的氧气更容 易获得电子变为负极，，，，，而金属则更容易失去电子变 为阳极，，，，，爆发电化学侵蚀 [4-5]?因此，，，，，适用于海洋情形金属系统的研究备受关注?钛合金具有重量轻?比强度高?耐侵蚀等特点 [6], 是一种应用于海洋工程的理想质料，，，，，被誉为 “海洋金属”, 可用于制备舰船的种种装备部件 [7-9]?钛合金装备部件在苛刻的海洋情形中服役，，，，，其服役寿命对耐热性，，，，，尤其是耐侵蚀性 能提出了更高的要求?涂敷防护涂层是增强其耐侵蚀性的须要手段?Cr 具有优良的耐侵蚀特征，，，，，是 舰用钛合金装备部件外貌涂敷涂层的选择之一?

现在，，，，，在钛及钛合金外貌涂敷 Cr 涂层的古板要领为电镀法 [13]?电镀 Cr 涂层具有硬度较高 (镀层维 氏硬度抵达 750 HV)?耐磨性较好等优点?但保存 电镀镀速较慢?镀液维护难题?Cr??污染情形?Cr 涂层具有微裂纹等弱点?近年来开发的电弧离子镀手艺具有涂层沉积速率快?涂层外貌平整无裂纹缺陷等优点，，，，，可较好的替换电镀 Cr 涂层?Park 等人 [15] 接纳电弧离子镀手艺在 Zr-4 合金钢外貌制备了 Cr 膜层，，，，，在 1473 K 的情形中举行 2000 s 的高温试验后，，，，，Cr 膜层外貌天生了一层较薄的 Cr?O?氧化层，，，，，可有用保；；；；；；；つ诓康 Zr-4 合金免受氧化侵蚀?Franz 等 [16] 接纳电弧离子镀制备了 Al??Cr?V??N 涂层，，，，，并研究了其力学性能与摩擦磨损性能?效果批注：Al??Cr?V??N 涂层的硬度与 Al??Cr??N 相差不大，，，，，在 700 ℃旋转摩擦试验中，，，，，天生具有自润滑作用的 V?O?相；；；；；；；；Al??Cr?V??N 涂层的摩擦系数远低于 Al??Cr??N?,

本文接纳电弧离子镀手艺在钛合金外貌沉积 Cr 涂层，，，，，研究钛合金及 Cr 涂层的高温氧化和耐盐雾侵蚀性能，，，，，为舰用钛合金装备部件的开发提供实验和理论依据?

1、实验

1.1 实验质料

接纳线切割手艺，，，，，将钛合金切割成 2 cm×1 cm× 0.5 cm 的试样?用 1500# 的砂纸打磨试样外貌至平滑，，，，，再用研磨膏抛光，，，，，然后超声波洗濯备用?使用电弧离子镀手艺在钛合金试样外貌沉积 Cr 涂层，，，，，条件为：真空度 6×10?Pa, 温度 300℃,NH 压力 2~3 Pa, 偏置电压 800~1000 V, 沉积时间 10~20 min [17]?

1.2 实验要领

钛合金和 Cr 涂层试样的高温氧化实验在 SX212-10 型马弗加热炉中举行?选取钛合金和 Cr 涂层试样各 3 个，，，，，温度为 650 ℃, 保温 10 min, 取出后空冷 5 min, 此为一个循环，，，，，共做 6 个循环?

使用重庆万达仪器有限公司的 DCTC1200P 型盐雾实验箱对钛合金和 Cr 涂层试样举行加速侵蚀试验?温度为 35 ℃, 盐雾 pH 值为 6.5~7.2,NaCl 溶液浓度为 5%, 盐雾率为 0.0125 ~ 0.0250 mL?cm???h??。。。。。。实验历程中接纳一连雾状喷出模式，，，，，喷雾压力为 0.07~0.15 MPa, 相对湿度 94±5%?天天最多开箱一次，，，，，每次开箱时间不凌驾 30 min?选取钛合金试样和 Cr 涂层试样各 3 个，，，，，放入盐雾箱时试样与水平呈 15~30°?侵蚀后，，，，，将试样在蒸馏水中煮沸 5 min, 凉风吹干备用?

接纳 S-3400N 型扫描电镜 (SEM/EDAX) 和 JED-2300/2300F 型 X 射线能谱剖析 (EDS), 对氧化和侵蚀后的钛合金以及 Cr 涂层试样举行形貌视察及因素剖析?

2、效果与讨论

2.1 钛合金试样原始形貌

图 1 为钛合金试样外貌原始形貌?由图 1 可以看出，，，，，试样外貌平展，，，，，呈 “明?暗” 两种形貌?颜色较暗区域，，，，，如图 1 中箭头 A 所示，，，，，EDS 剖析该区域富含 89.01% 的 Ti 元素和 6.96% 的 Al 元素；；；；；；；；颜色较明亮的区域，，，，，如图 1 中箭头 B 所示，，，，，经 EDS 剖析该区域富含 83.58% 的 Ti 元素和 7.58% 的 Mo 元素?

2.2 Cr 涂层试样原始形貌

图 2 为 Cr 涂层试样的外貌形貌和截面形貌?由图 2 (a) 可以看出，，，，，试样外貌主要泛起出两种较显着的形态：一种是散乱漫衍在外貌，，，，，数目较少?巨细纷歧的明亮颗粒，，，，，如箭头 A 所示；；；；；；；；另一种是颜色较暗?有少量突起的平展区域，，，，，如箭头 B 体现?经 EDS 剖析，，，，，箭头 A 处富含 98.64% 的 Cr 元素和 1.36% 的 O 元素，，，，，箭头 B 处富含 98.64% 的 Cr 元素和 1.36% 的 O 元素?批注涂层由简单 Cr 元素组成?由图 2 (b) 的截面形貌可视察到：涂层厚度约 34 ?m, 结构致密，，，，，内部无缺陷；；；；；；；；涂层与基体间团结细密，，，，，无显着误差?

2.3 高温氧化后试样的形貌及因素剖析

钛合金和 Cr 涂层试样经 650 ℃氧化 1 h 后的外貌形貌如图 3 所示?由图 3 (a) 可以看出，，，，，钛合金试样在 650 ℃经循环氧化 1 h 后，，，，，外貌爆发了严重的氧化征象，，，，，泛起两种形态：局部区域被平展?颜色发暗的氧化膜笼罩，，，，，如图 3 (a) 中箭头 A 所示；；；；；；；；其余区域为横纵相间，，，，，以横向扩展为主的裂纹，，，，，其中横向裂纹两侧有少量群集物质，，，，，如图 3 (a) 中箭头 B 所示?别的，，，，，在试样外貌生产了少量白色发亮的颗粒物，，，，，如图 3 (a) 中箭头 C 所示?由图 3 (b) 可以看出，，，，，Cr 涂层在 650 ℃循环氧化 1 h 后，，，，，外貌被氧化膜完全笼罩，，，，，未视察到显着的裂纹和缺陷，，，，，外貌仅有部分隆起和少量白色颗粒状物质?A?B?C 三处的 EDS 剖析数据效果如表 1 所示?

表 1 钛合金基体氧化后各区域的元素含量 

Tab. 1 Element content in each region of titanium alloy matrix after oxidation

隆起区域如图 3 (b) 中箭头 A 所示，，，，，EDS 剖析隆起处富含 96.38% 的 Cr 元素和 3.62% 的 O 元素?白色颗粒如图 3 (b) 中箭头 B 所示，，，，，EDS 剖析富含 95.78% 的 Cr 元素和 4.22% 的 O 元素?隆起处和白色颗粒均为 Cr 涂层和 Cr 的氧化物，，，，，批注 Cr 涂层在 650 ℃经循环氧化 1 h 后，，，，，仅部分被氧化?

2.4 盐雾侵蚀后试样的形貌及因素剖析

图 4 为钛合金及 Cr 涂层试样盐雾侵蚀 720 h 后的外貌形貌?由图 4 (a) 可以看出，，，，，钛合金试样在盐雾侵蚀 720 h 后，，，，，外貌爆发了严重的侵蚀征象?其外貌泛起三种形态：局部区域体现为突起?颜色发黑的剥落层，，，，，如图 4 (a) 中箭头 A 所示，，，，，经 EDS 剖析富含 53.67% 的 Ti 元素和 30.38% 的 C 元素；；；；；；；；部分区域为连成片状的小颗粒；；；；；；；虻ザ佬】帕＃，，，，如图 4 (a) 中箭头 B 所示，，，，，经 EDS 剖析颗粒物富含 49.53% 的 Ti 元素和 20.90% 的 C 元素；；；；；；；；部分泛起出平滑平整且颜色发暗的区域，，，，，如图 4 (a) 中箭头 C 所示，，，，，经 EDS 剖析富含 70.35% 的 Ti 元素和 10.04% 的 O 元素?

由图 4 (b) 可视察到，，，，，Cr 涂层经盐雾侵蚀 720 h 后，，，，，外貌笼罩了一层具有一定厚度且颜色较暗的薄膜，，，，，未视察到显着的剥落；；；；；；；；在外貌散落有大宗白色颗粒状物质，，，，，其余为平展但并不平滑的区域?颜色较暗的薄膜如图 4 (b) 中箭头 A 所示，，，，，白色颗粒物质如图 4 (b) 中箭头 B 所示，，，，，平展区域如图 4 (b) 中箭头 C 所示?Cr 涂层侵蚀后各区域的 EDS 剖析效果如表 2 所示?薄膜处和白色颗粒为盐雾侵蚀历程中未洗濯清洁的 NaCl 颗粒?C 元素是溅射导电粉引入?而平展区域险些未被侵蚀，，，，，批注盐雾侵蚀 720 h 后，，，，，Cr 涂层无显着侵蚀迹象?

表 2 Cr 涂层侵蚀后各区域元素含量 

Tab. 2 Element content of each area of Cr coating after corrosion

2.5 高温氧化效果剖析

合金氧化是热力学和动力学两种因素配相助用的效果?从热力学角度剖析：Ti 元素与 O 元素的亲和力较高，，，，，钛合金中的主要元素为 Ti, 因此在 650 ℃ 的氧化初期，，，，，Ti 元素优先与 O 元素爆发选择性氧化，，，，，天生 Ti 的氧化物；；；；；；；；随氧化时间延伸和循环次数增多，，，，，特殊是循环历程中频仍冷热交替，，，，，钛合金外貌氧化初期形成的氧化物爆发开裂，，，，，进而导致基体爆发细小开裂?研究批注，，，，，相对平滑外貌，，，，，合金元素爆发氧化时，，，，，更容易爆发在裂纹的边?角等应力相对集中的缺陷处?如图 3 (a) 所示，，，，，在钛合金外貌断裂处 Ti 元素与 O 元素的含量较高，，，，，批注此区域有利于 Ti 氧化物的天生，，，，，并形成氧化的群集物?

Cr 涂层中仅含有一种金属元素，，，，，其氧化历程仅受热力学因素决议?650 ℃时的标准摩尔天生吉布斯自由能为 - 852 kJ/mol?凭证热力学能量最小化原理，，，，，650 ℃涂层中的 Cr 元素可自动爆发氧化反应，，，，，在涂层外貌天生氧化物?由于涂层中 Cr 元素含量简单，，，，，且涂层外貌平整?无显着缺陷，，，，，因今天生的氧化物匀称地笼罩在涂层外貌?如图 3 (b) 所示，，，，，在相同温度经由相同时间的氧化之后，，，，，Cr 涂层外貌没有显着转变，，，，，只有部分颗粒的隆起体积增大，，，，，这是由于氧化后氧化物质体积膨胀造成的?由此可见，，，，，在 650 ℃时 Cr 涂层对钛合金基体具有保；；；；；；；ぷ饔?

2.6 盐雾侵蚀效果剖析

钛合金和 Cr 涂层盐雾侵蚀 720 h 后，，，，，通过外貌形貌 (图 4), 可视察到钛合金的侵蚀水平大于 Cr 涂层?在钛合金外貌侵蚀征象严重，，，，，O 元素含量显着升高，，，，，既有颗粒的泛起，，，，，也有剥落层泛起?钛合金在盐雾中的侵蚀是一种电化学侵蚀，，，，，盐雾中的具有消融氧化膜的能力，，，，，使得氧很容易接触到基体外貌，，，，，从而进一步侵蚀?依次循环，，，，，致使剥落层越来越厚，，，，，最终爆发脱落?

Cr 涂层在侵蚀相同时间后，，，，，外貌形成由小颗粒组成的较大面积片状物，，，，，经剖析主要为 NaCl, 未见剥落区域，，，，，可见侵蚀征象并不是特殊严重?缘故原由在于：Cr 涂层可在外貌天生一层的致密氧化膜，，，，，该氧化物膜的抗侵蚀能力强，，，，，能很快在金属外貌天生，，，，，可以避免氧气?水分和其它有害的物质与金属外貌接触，，，，，从而镌汰侵蚀?其次，，，，，Cr 涂层具有很高的硬度和致密性，，，，，能起到阻遏金属基体与外部情形的作用，，，，，能有用地避免氧?水?盐等侵蚀性介质渗透，，，，，起到防护效果?剖析以为，，，，，在钛合金外貌涂敷 Cr 涂层可以很好的保；；；；；；；ゎ鸦宀皇艿慕徊角质?

3、结论

(1) 钛合金在高温氧化历程中爆发了 Ti 元素的氧化，，，，，电弧离子镀 Cr 涂层仅爆发 Cr 元素氧化，，，，，对基体钛合金具有保；；；；；；；ぷ饔茫，，，，有助于延伸钛合金的使用寿命?

(2) 盐雾侵蚀时代，，，，，钛合金外貌爆发侵蚀，，，，，并爆发剥落区域?电弧离子镀制备的 Cr 涂层侵蚀 720 h 无侵蚀剥落区域，，，，，具有优异的抗盐雾侵蚀性能?

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