扫描电镜在钛合金表面镀层分析中的应用

钛合金按相组成可分为：密排六方结构 (HCP) 的 α 型钛合金（国内牌号 TA）、两相混合的 α+β 型钛合金（国内牌号 TC）和体心立方结构 (BCC) 的 β 型钛合金 (国内牌号 TB)。

Ti-6Al-4V（UNS 编号 R56400，有时也称为 TC4 或 Ti64），是一种具有高比强度和优异耐腐蚀性的 α-β 钛合金。它是最常用的钛合金之一，广泛应用于需要低密度和出色耐腐蚀性的领域，例如航空航天工业和生物力学应用（植入物和假肢）等。与更传统的不锈钢和钴基合金相比，钛合金作为生物材料的使用越来越多，因为它们具有较低的模量、优异的生物兼容性和更强的耐腐蚀性。

Ti-6Al-4V 合金经过热处理以改变其微观结构中 α 和 β 相的数量，微观结构将根据确切的热处理和加工方法而显著变化（三种常见的热处理工艺是轧机退火、双相退火和固溶处理和时效）。借助飞纳台式扫描电镜的 EDS-mapping 功能，可以获得各相中元素含量、分布状态，通过不同相中相稳定元素含量的差异（α 相中常固溶 Al、Sn，β 相中常固溶 V、Cr 等）及 BSE 图片的衬度差异能够分析 α 相和 β 相的微观结构。

虽然钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性好等诸多优点，但单一的钛合金材料在实际应用中也存在很多缺点，比如表面硬度较低、摩擦系数高、易磨损、高温（600 ℃ 以上）易氧化等^[2,3]。这使钛合金作为关键运动副零部件，尤其是在高温环境工作时，表面易发生氧化腐蚀和严重磨损，在生产应用中，常需要通过表面处理技术，使钛合金在保持高比强度的同时，具有优异的耐磨和高温抗氧化性能^[4]。

新型高温材料 MoSi₂ 具有优良的高温抗氧化性能且硬度高，可作为 Ti-6Al-4V 合金表面的抗氧化涂层。但高温下该涂层与基体合金的界面稳定性较差，Si 元素的内扩散会导致 MoSi₂ 涂层快速退化，从而降低其抗氧化性能以及缩短其服役寿命。此外，合金元素的外扩散会导致在基体中形成 Kirkendall 孔，因而降低其力学性能及其与涂层的界面结合强度。因此，需要在 MoSi₂ / Ti-6Al-4V 合金界面处制备阻扩散层，以延缓界面互扩散并提高涂层的服役寿命。采用 SEM 和 EDS 分析复合涂层的微观形貌、相组成、化学成分和元素分布等，可以研究涂层的抗氧化性能，分析复合涂层的抗氧化机理，探讨阻扩散层的作用机制及失效机理。