鈦(tai)合(he)(he)金(jin)材(cai)料(liao)因(yin)為(wei)其比強度(du)高(gao)、生物(wu)(wu)相(xiang)容性(xing)(xing)(xing)好等(deng)(deng)優(you)點在(zai)航空航天(tian)、生物(wu)(wu)醫學(xue)(xue)等(deng)(deng)方(fang)面(mian)得(de)(de)到(dao)廣(guang)泛使用(yong)(yong)。但是鈦(tai)合(he)(he)金(jin)在(zai)含有(you)鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu)負離(li)(li)子 （如Cl-和(he)F-） 的(de)(de)水溶液(ye)(ye)中容易發(fa)(fa)生點蝕(shi)，因(yin)而(er)限制(zhi)(zhi)了(le)其應(ying)用(yong)(yong)范圍(wei)。此外，TC4鈦(tai)合(he)(he)金(jin) （Ti-6Al-4V） 作為(wei)人體(ti)(ti)植入物(wu)(wu)材(cai)料(liao)，腐(fu)蝕(shi)過程釋放出(chu)的(de)(de)毒性(xing)(xing)(xing)物(wu)(wu)質Al和(he)V對(dui)人體(ti)(ti)的(de)(de)健康產生嚴重的(de)(de)威脅(xie)。目(mu)前(qian)，表面(mian)改性(xing)(xing)(xing)處理是解決鈦(tai)合(he)(he)金(jin)上(shang)(shang)述問題(ti)的(de)(de)重要途(tu)經。Nb具有(you)優(you)良的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)，不(bu)會與人體(ti)(ti)里(li)的(de)(de)各種體(ti)(ti)液(ye)(ye)發(fa)(fa)生反應(ying)，可以(yi)同(tong)有(you)機組織長(chang)期結(jie)合(he)(he)而(er)無害地(di)留在(zai)人體(ti)(ti)里(li)，因(yin)此具有(you)優(you)良的(de)(de)生物(wu)(wu)相(xiang)容性(xing)(xing)(xing)。Nb的(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)是一種難熔(rong) （熔(rong)點約(yue)為(wei)3000 ℃） 的(de)(de)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)，具有(you)優(you)越的(de)(de)力學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)能，耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能和(he)導(dao)電性(xing)(xing)(xing)能。Nb的(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)薄(bo)膜(mo)在(zai)靈敏原件、超導(dao)電子學(xue)(xue)和(he)現代(dai)高(gao)溫(wen)(wen)技術上(shang)(shang)已得(de)(de)到(dao)廣(guang)泛的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)，其制(zhi)(zhi)備(bei)方(fang)法(fa)通常采用(yong)(yong)磁(ci)控濺(jian)射(she)法(fa)、物(wu)(wu)理氣相(xiang)沉(chen)積(ji) （PVD）和(he)反應(ying)濺(jian)射(she)等(deng)(deng)方(fang)法(fa)。而(er)使用(yong)(yong)雙(shuang)陰(yin)極(ji)等(deng)(deng)離(li)(li)子濺(jian)射(she)沉(chen)積(ji)技術制(zhi)(zhi)備(bei)Nb的(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)薄(bo)膜(mo)還未見報(bao)(bao)道。宋教花(hua)等(deng)(deng)使用(yong)(yong)等(deng)(deng)離(li)(li)子體(ti)(ti)沉(chen)積(ji)制(zhi)(zhi)備(bei)NbN薄(bo)膜(mo)，并(bing)研究(jiu)了(le)沉(chen)積(ji)溫(wen)(wen)度(du)對(dui)薄(bo)膜(mo)結(jie)構的(de)(de)影響。Chihi等(deng)(deng)研究(jiu)了(le)不(bu)同(tong)壓力下β-Nb2N的(de)(de)結(jie)構、彈性(xing)(xing)(xing)、電子和(he)光學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)質。楊小忠等(deng)(deng)用(yong)(yong)磁(ci)控濺(jian)射(she)法(fa)制(zhi)(zhi)備(bei)NbN薄(bo)膜(mo)，并(bing)對(dui)薄(bo)膜(mo)厚(hou)度(du)、結(jie)構、成分(fen)、表面(mian)形貌等(deng)(deng)作了(le)研究(jiu)。Demyashev等(deng)(deng)采用(yong)(yong)化(hua)(hua)學(xue)(xue)氣相(xiang)沉(chen)積(ji)的(de)(de)方(fang)法(fa)在(zai)Cu基體(ti)(ti)上(shang)(shang)沉(chen)積(ji)β-Nb2N異質外延層，并(bing)對(dui)其形成機理和(he)結(jie)構進(jin)行分(fen)析。尹從明等(deng)(deng)采用(yong)(yong)固相(xiang)合(he)(he)成方(fang)法(fa)制(zhi)(zhi)得(de)(de)具有(you)良好抗氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)納米NbN，將鋰片與所制(zhi)(zhi)得(de)(de)的(de)(de)NbN納米材(cai)料(liao)組裝(zhuang)成紐(niu)扣電池(chi)進(jin)行測試，結(jie)果顯示具有(you)優(you)秀的(de)(de)循環(huan)穩定性(xing)(xing)(xing)。而(er)對(dui)NbN薄(bo)膜(mo)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能方(fang)面(mian)目(mu)前(qian)未見到(dao)較為(wei)全面(mian)詳細的(de)(de)報(bao)(bao)道。為(wei)了(le)改善(shan)TC4合(he)(he)金(jin)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能和(he)生物(wu)(wu)相(xiang)容性(xing)(xing)(xing)，本文(wen)采用(yong)(yong)雙(shuang)陰(yin)極(ji)等(deng)(deng)離(li)(li)子濺(jian)射(she)沉(chen)積(ji)技術在(zai)TC4合(he)(he)金(jin)表面(mian)沉(chen)積(ji)Nb2N涂層，使用(yong)(yong)電化(hua)(hua)學(xue)(xue)工作站對(dui)涂層和(he)TC4合(he)(he)金(jin)基體(ti)(ti)的(de)(de)電化(hua)(hua)學(xue)(xue)性(xing)(xing)(xing)能進(jin)行測試并(bing)對(dui)比，研究(jiu)了(le)Nb2N薄(bo)膜(mo)在(zai)3.5% （質量分(fen)數） NaCl溶液(ye)(ye)中的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能。

1 實驗方(fang)法

1.1 實驗材料與制備方法

選(xuan)用TC4作為基體材料(liao)，其(qi)(qi)主要(yao)成分(fen) （質量(liang)分(fen)數，%） 為：Al 6.04，V 4.03，Fe 0.3，C 0.1，H 0.015，N 0.05，O 0.15，Ti余量(liang)。基體材料(liao)尺寸為Φ35 mm×3 mm，源極(ji)材料(liao)為99.99% （質量(liang)分(fen)數） 的純(chun)鈮靶，其(qi)(qi)尺寸為Φ100 mm×10 mm。雙陰(yin)(yin)極(ji)等離子沉積濺射涂層制備的工(gong)藝參數為：源極(ji)電壓(ya)950 V，工(gong)件 （陰(yin)(yin)極(ji)） 電壓(ya)400 V，氣壓(ya)控制在(zai)35 Pa，極(ji)間距為12 mm，工(gong)件溫度700 ℃，保溫時(shi)間為3 h。

1.2 測(ce)試方法

利(li)用(yong)X射線衍射儀 （XRD，D8 ADVANCE and DEVINCI DESIGN） 對涂(tu)層進行(xing)物相(xiang)組成分析，衍射儀使用(yong)的射線源為Cu Kα，管(guan)電(dian)壓40 kV，管(guan)電(dian)流為40 mA，使用(yong)階梯掃描(miao)(miao)，角度為20°~90°，掃描(miao)(miao)速率為每(mei)步5 s，步長值為0.02°。

使用腐(fu)蝕液 （HF∶HNO3∶H2O=4∶10∶86，體(ti)積(ji)比） 將涂(tu)層斷口進行腐(fu)蝕，然(ran)后使用自帶電子能譜儀(yi) （EDS） 的掃描電鏡 （SEM，JSM-5510LV） 觀察斷口形貌并(bing)進行成分(fen)分(fen)析。

利用涂層附著力劃痕(hen)儀(yi)評估測試所制備涂層與(yu)TC4鈦合金(jin)基體的結合力。錐(zhui)(zhui)頭為圓(yuan)錐(zhui)(zhui)形金(jin)剛石錐(zhui)(zhui)頭，尖(jian)端直徑0.2 mm，錐(zhui)(zhui)角120°，載(zai)荷從0增(zeng)大(da)至150 N，加載(zai)時間為1 min，壓頭水平速率(lv)為4 mm/min。

使(shi)用(yong)CHI660b型(xing)電(dian)化(hua)學(xue)工(gong)作站在3.5%NaCl溶(rong)液(ye)環(huan)境下(xia)測(ce)試(shi)涂層和(he)基體材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性(xing)能。測(ce)試(shi)前施(shi)加-0.80 V電(dian)壓(ya)對(dui)樣品(pin)進行10 min去(qu)極(ji)(ji)(ji)化(hua)處理，除(chu)去(qu)樣品(pin)表面生成的(de)(de)(de)氧化(hua)膜和(he)吸附的(de)(de)(de)雜質，以保證實驗的(de)(de)(de)準確(que)性(xing)。腐蝕(shi)液(ye)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)，實驗溫度為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)25 ℃，電(dian)化(hua)學(xue)試(shi)樣背面使(shi)用(yong)導電(dian)銀膠接出銅線，用(yong)環(huan)氧樹(shu)脂密封，預留(liu)出2 mm×2 mm大(da)小的(de)(de)(de)工(gong)作面。使(shi)用(yong)三電(dian)極(ji)(ji)(ji)體系，所測(ce)試(shi)材(cai)料(liao)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)工(gong)作電(dian)極(ji)(ji)(ji) （WE），飽和(he)甘汞電(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)參比電(dian)極(ji)(ji)(ji) （RE），2 cm×2 cm大(da)小的(de)(de)(de)Pt片為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)輔助電(dian)極(ji)(ji)(ji) （CE）。開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位 （OCP） 下(xia)，對(dui)陰極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化(hua)后靜(jing)置10 min的(de)(de)(de)試(shi)樣進行開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位測(ce)試(shi)。測(ce)試(shi)時(shi)間為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)1 h，采(cai)樣間隔時(shi)間為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)1 s。Tafel動電(dian)位極(ji)(ji)(ji)化(hua)測(ce)試(shi)，掃描范圍(wei)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)-0.3~1.5 V，掃描速(su)率(lv)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)1 mV/s，采(cai)樣間隔為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)2 s。在穩定的(de)(de)(de)開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位下(xia)，對(dui)兩種(zhong)試(shi)樣進行電(dian)化(hua)學(xue)阻(zu)抗 （EIS） 測(ce)試(shi)，選(xuan)取幅值為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)5 mV的(de)(de)(de)正弦(xian)激勵(li)信號，頻(pin)率(lv)范圍(wei)選(xuan)取105~10-2 Hz，并采(cai)用(yong)ZSimpWin軟件對(dui)阻(zu)抗譜數據進行擬合。

2 結果與討(tao)論

2.1 涂層XRD譜分析

圖(tu)1為雙陰極等離(li)子(zi)濺射(she)技術制備的(de)Nb2N涂(tu)層(ceng)的(de)XRD譜。可以(yi)看出，Nb2N涂(tu)層(ceng)在2θ=35.91°，38.19°，66.32°和82.42°處(chu)出現(xian)了4個明顯(xian)(xian)的(de)衍射(she)峰(feng)，4處(chu)衍射(she)峰(feng)分別(bie)對應著(zhu)立方(fang)晶(jing)(jing)(jing)系體心點(dian)陣結(jie)構的(de) （002） 晶(jing)(jing)(jing)面、（101） 晶(jing)(jing)(jing)面、（103） 晶(jing)(jing)(jing)面和 （004） 晶(jing)(jing)(jing)面，與標準(zhun)Nb2N （JCPDS Card No.75-1616） 的(de)XRD譜線基本一致。圖(tu)中(zhong)顯(xian)(xian)示最高峰(feng)為 （002） 晶(jing)(jing)(jing)面，明顯(xian)(xian)高于其他(ta)峰(feng)，說明Nb2N沿(yan)著(zhu) （002） 晶(jing)(jing)(jing)面擇優(you)取向生長。

2.2 涂(tu)層橫截面形貌

圖2a為(wei)(wei)(wei)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)橫(heng)截面的(de)(de)SEM像，圖2b和(he)(he)(he)c分別為(wei)(wei)(wei)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)在(zai)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)心部位(wei) （A點(dian)(dian)(dian)） 和(he)(he)(he)接近(jin)(jin)基體(ti)部位(wei) （B點(dian)(dian)(dian)） 的(de)(de)EDS測試結果。由圖2a可以看出(chu)，Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)與(yu)基體(ti)之間(jian)有(you)一條明(ming)(ming)(ming)顯(xian)的(de)(de)分界(jie)(jie)線，分界(jie)(jie)線的(de)(de)上側為(wei)(wei)(wei)沉積得到(dao)的(de)(de)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)，下(xia)側為(wei)(wei)(wei)TC4合(he)金(jin)(jin)基體(ti)，分界(jie)(jie)線的(de)(de)產生(sheng)是因(yin)為(wei)(wei)(wei)在(zai)沉積過(guo)程中(zhong)(zhong)生(sheng)成了新的(de)(de)物相。所制備(bei)的(de)(de)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)連續、致密且(qie)均(jun)勻，其厚度約(yue)為(wei)(wei)(wei)21 μm，沒(mei)(mei)有(you)明(ming)(ming)(ming)顯(xian)的(de)(de)裂紋和(he)(he)(he)孔洞，Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)與(yu)鈦合(he)金(jin)(jin)基體(ti)結合(he)部位(wei)沒(mei)(mei)有(you)縫隙出(chu)現，這些優點(dian)(dian)(dian)避免了腐蝕介質滲透(tou)到(dao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)與(yu)基體(ti)結合(he)部位(wei)形成原(yuan)電池(chi)而加速涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)和(he)(he)(he)基體(ti)的(de)(de)腐蝕速率(lv)，延(yan)長其使用壽命。分別在(zai)圖中(zhong)(zhong)A和(he)(he)(he)B兩(liang)個(ge)點(dian)(dian)(dian)對涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)進行EDS測試，A點(dian)(dian)(dian)為(wei)(wei)(wei)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)心處，B點(dian)(dian)(dian)為(wei)(wei)(wei)接近(jin)(jin)與(yu)基體(ti)的(de)(de)界(jie)(jie)面處。測試結果顯(xian)示，在(zai)A點(dian)(dian)(dian)，N和(he)(he)(he)Nb原(yuan)子數量比接近(jin)(jin)1∶2，說明(ming)(ming)(ming)所制備(bei)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)為(wei)(wei)(wei)Nb2N；B點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)EDS結果顯(xian)示，含有(you)50.24%的(de)(de)Ti原(yuan)子，說明(ming)(ming)(ming)在(zai)沉積初期(qi)鈦合(he)金(jin)(jin)基體(ti)由于高(gao)溫(wen)濺射出(chu)Ti原(yuan)子擴散到(dao)沉積層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)，因(yin)而導致基體(ti)和(he)(he)(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)之間(jian)有(you)一層(ceng)(ceng)Ti，Nb和(he)(he)(he)N形成的(de)(de)過(guo)渡層(ceng)(ceng)。

2.3 涂層結合(he)力測試

涂(tu)(tu)層結(jie)合(he)(he)力(li)是其使用性能的(de)重要考察(cha)指標之一，臨(lin)(lin)界(jie)載(zai)荷的(de)大(da)(da)小(xiao)是表征(zheng)基體與涂(tu)(tu)層之間結(jie)合(he)(he)是否良好(hao)的(de)直觀參數(shu)。圖3為Nb2N涂(tu)(tu)層劃(hua)痕(hen)過(guo)程(cheng)中檢測的(de)聲發射信(xin)號。在載(zai)荷達到(dao)83.5 N時(shi)，聲信(xin)號突變(bian)，隨(sui)后出現連(lian)續不(bu)規(gui)則的(de)聲信(xin)號，表明錐(zhui)頭(tou)已劃(hua)破(po)涂(tu)(tu)層。文(wen)獻中所述，臨(lin)(lin)界(jie)載(zai)荷達30 N就(jiu)可(ke)以滿(man)足工(gong)況的(de)應用，而(er)Nb2N涂(tu)(tu)層與鈦合(he)(he)金(jin)基體臨(lin)(lin)界(jie)結(jie)合(he)(he)力(li)為83.5 N，遠(yuan)大(da)(da)于30 N，因(yin)此涂(tu)(tu)層與鈦合(he)(he)金(jin)基體結(jie)合(he)(he)良好(hao)，滿(man)足磨損工(gong)況的(de)應用。

2.4 開路電位 （OCP） —時間測試(shi)

開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)測(ce)試(shi)(shi)(shi)是在(zai)無外加電(dian)流的(de)情況下，記錄試(shi)(shi)(shi)樣自腐蝕電(dian)位(wei)隨(sui)時間(jian)變化的(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)方法。圖(tu)4為Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)和(he)TC4基體(ti)在(zai)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)中(zhong)的(de)開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)隨(sui)時間(jian)變化曲線。TC4基體(ti)開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)隨(sui)時間(jian)延長持續(xu)上升；而Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)隨(sui)時間(jian)的(de)延長，初期上升然(ran)后趨(qu)于穩(wen)定，最后近似一條(tiao)直(zhi)線。說明Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)在(zai)3.5%NaCl溶(rong)液(ye)中(zhong)自發鈍(dun)化，生成(cheng)一層(ceng)(ceng)穩(wen)定的(de)鈍(dun)化膜(mo)。開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)到穩(wen)定值(zhi)時說明鈍(dun)化膜(mo)的(de)生成(cheng)速(su)率(lv)和(he)溶(rong)解速(su)率(lv)達到平衡，開(kai)(kai)路(lu)(lu)電(dian)位(wei)到達穩(wen)態(tai)(tai)值(zhi)時間(jian)越短且(qie)穩(wen)態(tai)(tai)值(zhi)越高說明試(shi)(shi)(shi)樣的(de)耐腐蝕性(xing)能越好(hao)。從圖(tu)中(zhong)不難看出，Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)達到穩(wen)態(tai)(tai)時間(jian)比TC4要(yao)早，而且(qie)穩(wen)態(tai)(tai)電(dian)位(wei)明顯(xian)(xian)比TC4要(yao)高，這(zhe)表(biao)明所制備的(de)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)耐腐蝕性(xing)能明顯(xian)(xian)優于基體(ti)TC4。

2.5 動電(dian)位(wei)極化曲(qu)線測試

圖5為Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)TC4基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)在(zai)(zai)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)化(hua)曲(qu)線。表(biao)1中列出(chu)了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自然狀(zhuang)態下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)Ecorr，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)流密(mi)度Icorr和(he)(he)極(ji)化(hua)電(dian)(dian)阻(zu)Rp等數(shu)(shu)據。從極(ji)化(hua)曲(qu)線圖中可(ke)見，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)化(hua)曲(qu)線形狀(zhuang)相(xiang)似，有較(jiao)寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)區(qu)間，無明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)-鈍(dun)化(hua)區(qu)間，表(biao)明(ming)在(zai)(zai)3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)中Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)TC4基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)都(dou)能自發鈍(dun)化(hua)，這與開路電(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)相(xiang)吻合(he)。對比Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)TC4基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ecorr可(ke)知，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)相(xiang)比于基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)了0.36 V，說明(ming)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能優于基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)。Icorr與材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率成正(zheng)比，Icorr越(yue)(yue)大，材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率越(yue)(yue)高(gao)(gao)，其耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能也越(yue)(yue)差。由表(biao)中數(shu)(shu)據可(ke)以看出(chu)，Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Icorr相(xiang)較(jiao)于TC4基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)了兩個數(shu)(shu)量級，說明(ming)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率遠小于基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，其耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能遠高(gao)(gao)于基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。文獻[15]中在(zai)(zai)鈦合(he)金表(biao)面制備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Mo（Si1-xAlx）2（x=0，0.045，0.075和(he)(he)0.165） 涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai) 3.5%NaCl溶(rong)(rong)液(ye)中極(ji)化(hua)參數(shu)(shu)顯示x=0，0.045，0.075，0.0165時，Ecorr分(fen)別(bie)為-0.193，-0.168，-0.145，-0.138 V，大于所制備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)(wei)-0.06 V；其腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)流密(mi)度Icorr分(fen)別(bie)為8.331×10-8，4.674×10-8，2.631×10-8，1.577×10-8 A·cm-2，相(xiang)較(jiao)于所制備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)了近一個數(shu)(shu)量級。因此所制備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能是(shi)優于文獻中所制備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Mo（Si1-xAlx）2 （x=0，0.045，0.075和(he)(he)0.165） 涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。通過式 （1）可(ke)以求得Nb2N涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)對基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護率為92.22%，說明(ming)NbN涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)對基(ji)(ji)(ji)體(ti)(ti)材料TC4具有較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護作用。

2.6 電(dian)化學阻抗分析(xi)

圖6a和(he)(he)b分別是(shi)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)TC4合(he)金(jin)在(zai)3.5%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)浸泡10 min后(hou)，開路電位下電化學阻抗(kang)擬合(he)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)Nyquist圖和(he)(he)Bode圖。由(you)圖6a可(ke)以看(kan)出(chu)(chu)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)鈦合(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)在(zai)測試過程中(zhong)都呈現出(chu)(chu)單(dan)一的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)弧特(te)性，說(shuo)明(ming)在(zai)3.5%NaCl腐(fu)蝕(shi)液(ye)(ye)中(zhong)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)鈦合(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)有(you)(you)著(zhu)相(xiang)(xiang)似的(de)(de)(de)電化學阻抗(kang)特(te)性。Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)容(rong)抗(kang)弧半徑(jing)明(ming)顯(xian)遠(yuan)大(da)于(yu)TC4合(he)金(jin)的(de)(de)(de)，說(shuo)明(ming)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)電化學反(fan)應阻抗(kang)遠(yuan)大(da)于(yu)鈦合(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)，即Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)明(ming)顯(xian)優于(yu)TC4合(he)金(jin)基(ji)體(ti)(ti)。由(you)圖6b可(ke)以看(kan)出(chu)(chu)，Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)TC4合(he)金(jin)在(zai)所測試的(de)(de)(de)頻率范圍內，相(xiang)(xiang)位角曲線只(zhi)有(you)(you)一個(ge)極大(da)值(zhi)，說(shuo)明(ming)僅(jin)有(you)(you)一個(ge)時間常數。相(xiang)(xiang)較于(yu)TC4合(he)金(jin)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)位角曲線，Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)位角曲線在(zai)最大(da)值(zhi)處有(you)(you)著(zhu)更(geng)寬的(de)(de)(de)區間，且相(xiang)(xiang)位角更(geng)接近于(yu)90°，表明(ming)Nb2N涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)相(xiang)(xiang)較于(yu)TC4合(he)金(jin)有(you)(you)著(zhu)更(geng)好的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。

圖7為Nb2N涂(tu)層和(he)鈦合(he)金基(ji)體(ti)(ti)在3.5%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)等效電(dian)(dian)路圖。擬(ni)(ni)合(he)結果見表2，其(qi)中(zhong)Rct為Pt電(dian)(dian)極與(yu)被測試(shi)(shi)樣(yang)間(jian)溶液(ye)(ye)電(dian)(dian)阻；Q為替代(dai)的(de)(de)理想電(dian)(dian)容(rong)元件，用來提高實(shi)驗的(de)(de)擬(ni)(ni)合(he)精度(du)；Y0為常相(xiang)位角常數；n為彌散(san)系(xi)數；χ2為擬(ni)(ni)合(he)的(de)(de)誤差方差。試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)表面(mian)粗(cu)糙度(du)和(he)n值有關，n越小說明(ming)試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)粗(cu)糙度(du)較大孔洞多，即試(shi)(shi)樣(yang)表面(mian)空隙率越高，腐(fu)蝕(shi)介質更(geng)容(rong)易滲透到涂(tu)層中(zhong)，從(cong)而加速(su)試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)。從(cong)表2中(zhong)可知，在3.5%NaCl溶液(ye)(ye)中(zhong)Nb2N涂(tu)層鈍化(hua)膜彌散(san)系(xi)數n1和(he)涂(tu)層彌散(san)系(xi)數n2明(ming)顯大于TC4合(he)金的(de)(de)，說明(ming)Nb2N涂(tu)層的(de)(de)更(geng)為光(guang)滑致密，表面(mian)粗(cu)糙度(du)更(geng)低，Nb2N涂(tu)層的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)性能明(ming)顯強(qiang)于鈦合(he)金基(ji)體(ti)(ti)。

3 結(jie)論

（1） 采用雙陰極等離子濺射法(fa)在TC4鈦合(he)金基體上制備了(le)Nb2N涂層。涂層厚度約為21 μm，致密連續且(qie)光滑，沒有明顯孔洞和間隙，與基體結(jie)合(he)良好(hao)。

（2） 在3.5%NaCl溶液中，Nb2N涂(tu)層比TC4合(he)金更(geng)早(zao)的到(dao)達穩(wen)態電(dian)位，且穩(wen)態值更(geng)大；Nb2N涂(tu)層有著(zhu)更(geng)高的腐蝕電(dian)位和更(geng)低的腐蝕電(dian)流，涂(tu)層對基(ji)體(ti)保護(hu)率(lv)達到(dao)92.22%；阻抗譜數(shu)據顯示(shi)涂(tu)層呈現單一容抗弧(hu)特(te)征，且容抗弧(hu)值明顯比TC4更(geng)大。因此，Nb2N涂(tu)層相較于(yu)鈦合(he)金基(ji)體(ti)有著(zhu)更(geng)好的抗腐蝕性能。