为了解决钛合金高温服役条件下的氧化问题,采用微弧氧化技术在Ti6Al4V表面原位生长ZrO2/TiO2复合陶瓷膜。通过在两种锆盐体系中优化电解液组成,正交试验优化电参数,优选出复合陶瓷膜最佳制备参数。采用XRD、SEM、EDS等分析手段表征膜层的相组成、微观形貌、元素分布,研究了不同温度下的氧化行为及其氧化机理。Zr-1、Zr-2两种电解液体系的相组成规律和生长特性研究结果表明二者的共性特点是:电压影响膜层的相组成、生长速率和晶化程度;在一定范围内增加锆盐浓度可以提高膜层中的Zr含量;膜层的生长呈先快后慢后趋于平稳,且随时间的增加膜层表面的Zr含量减少,Ti含量相对增多。不同之处是:Zr-1膜层由ZrO2和ZrTiO4组成,Zr含量较多而Ti较少,膜层主要由来自电解液的元素向内生长构建,膜层疏松多孔,和基体结合较差;Zr-2膜层由Zr O2、TiO2和ZrTiO4组成,Ti和Zr含量相当,由来自电解液的元素向内生长和基体元素向外生长共同参与构建,结构致密,与基体结合良好。通过正交试验优化了制备膜层的电参数,通过500℃高温氧化实验考察了膜层厚度对基体抗氧化性能的影响,结果表明:微弧氧化膜层的厚度和抗氧化性不是线性关系,随着微弧氧化膜层的增厚,高温氧化后形成的氧化层厚度没有明显的改变。热震实验表明:相同电压下,膜层越厚抗热震性能越差,420V/30min处理的膜层抗热震性能最优。500℃~800℃高温氧化动力学表明:膜层试样在不同温度下呈现出不同的氧化规律,500℃~700℃接近抛物线规律,而800℃与抛物线规律吻合。拟合得到的氧化动力学参数表明微弧氧化将基体试样的抗氧化性能提高了2~10倍,这得益于膜层的微观结构和相组成。500℃~800℃高温氧化后膜层的组织特征表明,膜层试样在不同温度下呈现出不同的氧化行为:500℃、600℃的氧化主要是氧原子向内扩散在界面处形成了一层TiO2;700℃、800℃的氧化是在MAO膜层界面向内迁移、空气向内扩散以及基体元素向外扩散的综合作用下形成了从外向内依次为MAO膜层/过渡层(Al、Ti、Zr氧化物的混合物)/TiO2层/TiN层/基体的多层结构。700℃、800℃氧化后在最内层形成了沿(111)晶面择优生长的TiN,并且700℃和800℃下TiN的厚度基本相同而TiO2在800℃的厚度远大于700℃。这是由于氧化过程中形成的连续TiN层和外面的多层结构一起构成了有效的扩散阻挡层,显著抑制了TiN和TiO2的生长,基体/TiN界面的向内迁移速率降低,氧化速率大大减缓并逐渐趋于稳定,这与氧化动力学呈现的增重趋势是一致的。