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复合溶胶-凝胶法制备TiA1表面防护涂层及其抗氧化性能研究
一、引言
钛铝合金由于其较高的强度、耐腐蚀性和高温性能，被广泛应用于航空航天、汽车、化工及船舶等领域。而钛铝合金在高温下会发生氧化反应，导致表面损伤、失效和降解等问题。为了提高钛铝合金表面的耐腐蚀性和抗氧化性能，一种有效的方法是制备一定厚度的表面防护涂层。其中，复合溶胶-凝胶法具有优异的制备表面涂层的能力和性能，在钛铝合金热氧化腐蚀问题中有着广泛应用。
本文主要介绍复合溶胶-凝胶法制备TiA1表面防护涂层及其抗氧化性能研究。首先，介绍了制备方法及制备涂层的体系和材料；其次，分析了制备涂层的微观结构和物理化学性质；最后，评估了该涂层的抗氧化性能，并给出了一些潜在的研究方向。
二、制备方法及制备涂层的体系和材料
复合溶胶-凝胶法是将不同的金属离子或无机化合物混合，形成稳定的溶胶体系，通过水解和聚集形成胶体粒子，最后经高温焙烧得到要求的复合材料的一种方法。其过程包含溶胶制备和凝胶生成两个步骤。制备涂层的体系包括了钛铝合金表面，以及TiO2、Al2O3和SiO2等的前驱体液体溶胶体系。关键性材料主要包括：钛异丙醇(TiP)、铝异丙醇(AlP)、乙酸丙烯酯(AA)、正丙醇(BP)、正丙醛(PA)和硼烷(BH3)。其主要过程如下：
1.溶胶制备
将TiP、AlP和BP分别加入预先准备的两个体系的溶剂中，形成TiO2和Al2O3的溶胶体系，在AA和水中加入稳定剂，形成SiO2的溶胶体系。将两种溶胶体系混合，搅拌并定量添加BH3，形成经过加强的液态溶胶体系。
2.凝胶生成
将得到的液态溶胶体系放置于恒温槽中加热，进行水解和聚集反应生成胶体粒子，最终充分交联形成凝胶。
3.焙烧
将形成的凝胶样品放置于烘箱中烘烤，去除残余水分和有机物质，使其完全转化为无机物质。焙烧温度分别为600°C、700°C和800°C，烘烤时间为3小时。
三、制备涂层的微观结构和物理化学性质
制备涂层后，进行了微观结构和物理化学性质的分析。微观结构的分析主要利用了扫描电镜(SEM)和X射线深度分析(XRD)两种方法。物理化学性质的分析主要分为热重分析、电化学测试和光学性能测试等。研究结果如下：
1.微观结构分析
SEM图像显示，制备的涂层具有均匀、致密的表面微观结构，并且随着焙烧温度的升高，表面颗粒的尺寸和形状逐渐发生改变。XRD结果表明，制备的涂层主要由TiO2、Al2O3和SiO2等物质构成，晶粒尺寸在10-30nm之间。
2.物理化学性质分析
通过热重分析，可以发现制备的涂层组分稳定，在800°C时无明显热分解，具备较好的热稳定性。电化学测试结果表明，TiA1表面涂层具有优异的阻化特性，表现出很好的耐腐蚀性和防腐蚀能力。光学性能测试结果表明，涂层具备较好的透光性和反射性能，能够在一定程度上反射钛铝合金表面热辐射，保护钛铝合金表面的抗氧化能力。
四、涂层的抗氧化性能评估
通过高温氧化和氧化降解实验比较不同温度下不同组合涂层的抗氧化性能。结果表明，复合溶胶-凝胶法制备的TiA1表面涂层，可以大大提高钛铝合金表面的抗氧化性能和耐腐蚀性能。相比较而言，TiO2和Al2O3的复合涂层效果最好，其中烘烤温度为700°C时，抗氧化降解效果最优。TiO2、Al2O3和SiO2涂层复合的效果最差，尤其是在高温下的抗氧化性能较差。
五、结论
本文介绍了通过复合溶胶-凝胶法制备TiA1表面涂层的方法，并分析了其微观结构和物理化学性质。研究结果表明，制备涂层后可以大大提高钛铝合金表面的抗氧化性能和耐腐蚀性能。TiO2、Al2O3的复合涂层效果最好，其中烘烤温度为700°C时，抗氧化降解效果最优。未来，还可以进一步通过调节涂层组成和结构参数，探索其对表面性能的影响，为钛铝合金表面防护涂层的应用提供更多的研究支持。