钛合金表面Ti-Al-Si扩散涂层的制备
钛合金具有比强度高、耐蚀性优异等特点，已广泛应用于航空航天领域，被用来制作飞机和发动机的结构件等，目前其最高工作温度可达约600℃。然而，在高温下服役时，钛合金表面主要形成保护性较差的以TiO2为主的氧化膜，同时，由于O在Ti中的溶解度较大，钛合金表面会生成较厚的脆性溶氧层，导致合金的力学性能下降，这些限制了钛合金在高温下的应用。
表面改性、涂层防护是提高钛合金抗高温氧化性能的有效手段。扩散铝化物涂层以及Si、Pt等改性的铝化物涂层已在镍基高温合金上得到广泛应用，研究人员采用粉末包埋渗、料浆渗、热浸镀结合热扩散处理等方法也在钛合金表面制备了扩散铝化物涂层以及Si或Pt等元素改性的扩散铝化物涂层。因制备方法、工艺参数和添加元素的不同，得到的扩散铝化物涂层的组成结构也有所不同，其抗高温氧化性能也有一定差异。
采用粉末包埋法和料浆法在钛合金上制备的简单扩散铝化物涂层为由TiAl3相组成的单层涂层，由于TiAl3相的脆性大，而且其热膨胀系数与钛合金基材也存在较大差异，TiAl3涂层中极易产生贯穿性裂纹；用粉末包埋法制备的Pt改性扩散铝化物涂层为三层结构，外层由TiAl3和PtAl2组成，中层为TiAl3，内层为互扩散层，用料浆法制备的Si改性扩散铝化物涂层为二层结构，外层为TiAl3层，内层为Ti-Si化合物层，但研究表明制备态的Pt、Si改性的多层涂层中都存在贯穿性裂纹。
通过在钛合金表面热浸镀Al或AlSi涂层并进行后续热扩散处理，或直接通过热浸镀（Hot dipping）制备扩散铝化物涂层的相关研究较多，得到的扩散涂层的显微结构与扩散温度和时间、熔体的成分等密切相关。Kubatík和Vojtěch等将钛合金浸在Al-20%Si(质量分数)熔体中650℃热浸镀1h，或800℃热浸镀10min，合金表面形成了致密的由τ2（TiAl0.3Si 17）相组成的单层涂层，该涂层在850和950℃表现出优良的抗高温氧化性能，但氧化后涂层大部分分解为Ti-Si化合物；在800℃将热浸镀时间延长至40min，得到的涂层由Al基体和弥散分布其中的复杂金属间化合物构成。Sadeq等将钛合金在浸在Al-11.2%Si(质量分数) 熔体中750~900℃热浸镀15~120 min，得到的涂层分为二层，外层主要由Ti Al2和Al11Ti5金 属间化合物组成，其中还残存一些Al-Si熔体，内层由Ti-Si金属间化合物和τ2相组成。
Cammarota等将钛合金浸在850℃Al熔体中30min，或750℃Al-10%Si(质量分数)熔体中30min。分别在钛合金上获得500μm厚纯Al或200μm厚Al-Si涂层，然后在700℃热扩散处理48h使Al涂层或Al-Si涂层与钛合金基材完全扩散，得到的涂层均为TiAl3/TiAl/Ti3Al多层结构，对于Al-Si涂层试样，Si固溶于TiAl3、TiAl和Ti3Al层中，能谱（EDS）分析测得的这三层中Si的固溶量（原子分数）分别约为9%、4%~5%以及2%~3%；上述扩散涂层继续在870℃热扩散处理170h后，对于Al涂层试样。其扩散涂层中的TiAl和Ti3Al层的厚度明显增加，对于Al-Si涂层试样，在Ti Al3层中靠近Ti Al层一侧析出一层Si富集层，其成分可写成Al6Ti7Si4 ，认为其形成主要与Si在三种Ti-Al金属间化合物中的固溶度不同有关，作者指出在Ti-Al-Si三元化合物中，Ti与Si的强键合使Ti的活度降低，因此该层的形成抑制了Ti的外扩散，使TiAl3层在高温下更稳定，因此也可能具有更好的抗高温氧化性能，但是，该研究发现Si在TiAl3中固溶并不能抑制冷却过程中微裂纹在TiAl3中的形成。
综合上述结果，可知，钛合金表面扩散铝化物涂层主要由具有本征脆性的TiAl3相组成， Si改性后形成由τ2相、或由TiAl3和Ti-Si金属间化合物组成的多相涂层，可能抑制涂层中贯穿性裂纹的形成，Si含量是影响涂层组成结构的一个重要因素。