1引言
等离子喷涂陶瓷一金属梯度涂层是应航空、航天、兵器等高技术迅速发展的需要于近年来开发出来的一种新型热障涂层，其成分(或组元)沿厚度方向呈梯度化分布，能够充分缓和因温度梯度形成的热应力。由于等离子喷涂工艺的独特性，由熔融的流散变形粒子相互堆积、并经快速凝固和冷却形成的涂层具有不同的组织结构分布特征和力学性能。研究梯度涂层的组织及相结构对于深入了解等离子喷涂的工艺特性，合理制定工艺规程，改善涂层的使用性能具有十分重要的意义。
钛合金具有强度高、密度低、耐蚀及中温性能稳定等特性，而广泛应用于航天、航空、化工及生物医疗领域。但钛合金抗高温氧化性能较差，影响了其的应用。本研究在TC4 (Ti-6A1-4V )钛合金表面超音速等离子喷涂由过渡层CoNiCrAIY和面层Zr0:组成的梯度涂层，分析了涂层表面形貌及相结构，并对涂层的抗高温氧化性能进行了研究，给出了氧化动力学曲线。
2试验方法
2. 1试样制备
将TC4钛合金板材用线切割机切割成为20 mm X20 mm X 2 mm的试样，喷涂涂层前用砂纸将表面磨光，以除去表面的油污和锈斑，然后再对试样表面进行喷砂处理，使表面具有一定粗糙度之后用超声波清
洗仪清洗，并用丙酮清洗，等表面吹干后，将试样固定在旋转工作台上，启动旋转工作台，使之以200 r/min的速度转动，试样距喷枪的距离为110 mma
将CoNiCrAIY合金粉末放入送粉器中，启动等离子喷涂设备，通入适当氢气和氢气，将电源电流从450A加大到530 A，等离子流产生，CoNiCrAIY合金粉末通过喷枪口时被熔化，以胶状态形式自枪口喷出，喷到试样表面，逐步形成涂层。同时通入氢气和氢气主要是作为保护气氛，在涂层形成过程中最大限度地减少氧化，保证涂层的致密度。
喷涂Zr0:涂层时步骤和喷涂CoNiCrAIY合金粉末涂层相同，但试样与喷枪的距离为65mm。其他工
艺参数见表1。
2. 2涂层形貌表征和物相分析
采用Hitachi S-4700型扫描电镜(SEM)观察T梯度涂层截面的显微形貌。在Rigaku D/MAX-RC型全自动衍射仪上进行涂层的相结构分析，采用CuKa辐射，通过能量为15.0 keV。采用HVS-1000型显微硬度仪测量了梯度涂层的显微硬度，载荷为50 g，保压15S。
2. 3高温氧化试验
考虑到钛合金工件的使用环境，选取了800℃在相对静止空气中循环氧，执行冶金部标准YB48-64
加热炉用SX-12型箱式电阻炉，称重试样用精确到0.1 mg的电子天平，将试样放在瓷增锅中，然后放在
镍铬丝架上。为了保证实验数据的准确，在实验前瓷增锅在900℃中进行灼烧，以出去其中的水分和杂
质，镍铬丝架用酒精去污脂后放在200℃炉内出去水分，然后均放在干燥器中冷却。实验前试样用酒精清洗，烘干，然后在干燥器中冷却后称重，再放入电阻炉加热，当到达保温时间后，立即取出试样架，用干燥过的增锅盖盖上，放入干燥器中冷却到室温称重。为了研究氧化规律，共进行75 h氧化。氧化试样为原始钛合金和喷涂后钛合金。
3结果与分析
3. 1表面形貌及元素含量分布
图1为TC4( Ti-6A1-4V)基体表面喷涂CoNiCrAIY+ Zr02涂层前后的SEM照片。由图1可知，喷涂前
基体具有一定的表面粗糙度，经过超音速等离子喷涂后，在其表层由无数熔融粒子互相交错堆叠形成了较为致密的、无明显裂纹的涂层，这说明涂层中的残余应力小，与基体结合紧密，涂层结合强度高。由于超音速等离子喷涂加热温度高，涂层上未熔粒子极少，这对提高涂层性能极为有利。利用SEM中的EDS，对涂层表面元素含量进行了定量分析。表2列出了涂层表面元素含量测定结
3. 3涂层显微硬度
钛合金超音速等离子喷涂处理后表面硬度也发生了显著变化。表3是试样经氧化温度氧化前后测得的过渡层和面层的平均显微硬度。从表3中可看出，未经高温氧化的涂层试样其各层硬度与经过高温氧化处理的试样相比，基体硬度并未发生较大的变化，但过渡层CoNiCrAIY涂层和热障涂层Zr0:涂层的硬度都有所增加，这都说明高温氧化后试样的表面硬度变大，从而提高了试样的强度和耐磨性[5,6]
4结论
1)利用等离子喷涂技术在钛合金表面形成由底CoNiCrAIY和面层Zr0:组成的热障涂层。
2)等离子梯度涂层氧化速率比原始试样小，提高了钛合金的高温抗氧化能力。等离子喷涂梯度涂层在高温氧化形成的氧化膜致密，阻碍了氧元素的渗入。
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