摘要
Ti-6Al-4V(TC4)钛合金具有密度低、比强度高、可焊接性强等优良性能，被作为一种重要的原材料广泛应用于航空航天等高新技术领域。然而，TC4钛合金高温抗氧化性能低、耐磨性差、极端环境抗腐蚀性不足等本征特性使其逐渐难以满足航空航天发展对材料性能的要求，极大地限制了其在实际工程应用中的使用范围。难熔高熵合金是一种以难熔金属元素为主元的新型多主元合金，具有优异的综合性能，将其涂覆在TC4表面形成防护涂层，有望改善钛合金基体的硬度、耐腐蚀、抗高温氧化性能。本文以TC4钛合金作为基体，以TiMoNbX(X=Ta、Cr、Zr)四元难熔高熵合金作为涂层材料，采用激光熔覆技术熔化高熵合金粉末，制备复合熔覆涂层，探究分别添加Ta、Cr、Zr难熔元素对TiMoNb系难熔高熵合金复合涂层的显微组织结构、硬度、电化学腐蚀性能和高温抗氧化性的影响。 通过SEM分析涂层的宏观形貌和微观组织结构，EDS分析涂层中的元素分布以及不同组织结构的元素组成，XRD分析涂层的物相构成，显微硬度计测量涂层不同区域的硬度分布以及变化规律，采用电化学工作站测量涂层的耐腐蚀性，使用高温氧化炉对涂层进行高温氧化实验，通过实验后分析得到的主要结论如下： 四元难熔高熵合金由两相(BCC+HCP)组成，主相为BCC。TiMoNbCr高熵合金涂层顶部区域主要由粗大的柱状枝状β(Ti)和灰色间晶组织析出的棒状第二相组成，涂层中部区域的结构基本为篮网结构，涂层与基体结合处存在少量灰色柱状树枝晶、筐状组织和少量层状共晶组织。TiMoNbTa高熵合金涂层由柱状枝晶、棒状第二相和篮网状组（针状组织）组成。TiMoNbZr高熵合金涂层主要由轴树枝晶和柱状枝晶组成，图层中还形成类似于TC4钛合金的高密度缺陷，由细小的非等轴树枝晶和片状α’(Ti)组成。粗大的树枝枝晶为BCC相，棒状第二相为HCP相，篮状结构为由针状α和β基体组成的完全β转变结构。涂层的平均硬度由高到低依次是TiMoNbZr(698.9HV)、TiMoNbCr(663.36HV)、TiMoNbTa(585.51HV)，硬度分别是基体的1.8、1.7、1.5倍。TiMoNbX(X=Cr，Ta，Zr）难熔高熵合金涂层与基体TC4相比具有更高的耐腐蚀性能，耐腐蚀性能从强到弱依次是TiMoNbCr、TiMoNbZr、TiMoNbTa、TC4。800℃大气环境下恒温100h的循环氧化试验后，涂层的氧化增重量分别为基体TC4氧化增重量的51.9%、47.1%、57.3%，实验表明+Ta难熔高熵合金涂层表面形成的这种混合氧化层更有保护性。600℃和400℃大气环境下恒温100h的循环氧化试验数据表明，TiMoNbCr难熔高熵合金涂层表现出更好的抗氧化能力。
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