一種鈦合金TiAl3-Al復合涂層制備方法技術

一種鈦合金TiAl3-Al復合涂層制備方法，其特征在于步驟如下：（1）TiAl3粉以及純Al粉按比例混合24h后，烘烤；（2）將鈦合金表面用砂紙打磨掉表面的毛刺，用酒精超聲清洗，再對鈦合金表面進行噴砂處理，用酒精超聲清洗5~20min；（3）低溫超音速火焰噴涂方法或冷噴涂方法在鈦合金基材表面制備TiAl3-Al涂層。本發(fā)明專利技術提供一種鈦合金TiAl3-Al復合涂層制備方法，該涂層能夠大幅提高鈦合金的抗氧化性能；制備方法分別采用低溫超音速火焰噴涂技術或冷噴涂技術，該方法操作簡便，易于控制，形成的涂層質(zhì)量好。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種鈦合金TiAl3，屬于表面
，采用熱噴涂方法制備TiAl3-Al防護涂層。
技術介紹
鈦合金是上世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，具有非常優(yōu)異的物理和機械性質(zhì)，如低密度、高比強度、耐腐蝕性，已經(jīng)被廣泛應用于航空、航天、石油、化工、冶金等領域。但同時鈦合金也存在一定的缺點，比如高溫下極易氧化，且在合金表面形成不具保護作用的氧化物，氧化層下面的基體固溶大量的氧原子從而形成脆性富氧層，嚴重損害了合金的機械性能，影響了鈦合金的使用。鈦合金在高溫使用時的防護技術研究受到了國內(nèi)外的重視與關注。鈦合金表面的氧化行為可以通過改變合金的成分和控制組織結構來改善，其中，涂層技術既能讓鈦合金獲得最佳的力學性能，還能對其起到表面防護的作用。作為鈦合金表面高溫抗氧化及隔熱防護涂層應滿足以下條件:(1)涂層高溫下長期工作的穩(wěn)定性；(2)涂層與基體的結合良好；(3)涂層對鈦合金基體性能不會產(chǎn)生有害影響；(4)涂層應足夠致密，無孔隙、裂紋之類的。高溫防護涂層通常分為兩種:擴散涂層和包覆涂層。擴散涂層有一個致命的缺點，就是涂層與基體的互擴散容易導致基體性能受到損害，對于鈦合金來說，影響尤為顯著。包覆涂層具有成本低，實用性高的特點。這類涂層不易與基體發(fā)生擴散；同時由于工藝溫度較低，對鈦合金的力學性能影響也較小。主要的涂層制備方法有熱噴涂(包括冷噴涂)、離子鍍膜、磁控濺射、CVD等。從涂層成分上可分為MCrAlY類、TiAIN類、搪瓷涂層、玻璃-陶瓷類涂層和T1-Al-X類等。近年來，T1-Al-X (X為Cr、Ag和W等)類涂層展現(xiàn)出優(yōu)良的高溫防護性能。這類涂層同基體有較好的相容性，同時，涂層化學成分與鈦合金基體間差異小，涂層同基體之間互擴散的程度較MCrAlY類涂層大幅降低。TiAlCr涂層的熱膨脹系數(shù)與基體相近，氧化膜具有良好的粘附性。研究表明，只有當涂層中Cr含量大于10&七％時，高溫下才會形成連續(xù)的A1203氧化膜。隨著Cr含量增高，A1 203氧化膜增厚，但過高的Cr含量會導致涂層的脆性增大。最近的研究表明，Ag可以部分代替Cr發(fā)揮“第三元素”效應，降低涂層中Cr含量。但是通過磁控濺射或者其他PVD技術的涂層沉積速度低，生產(chǎn)效率非常低，對于制備厚度較高的涂層難度較大，因此導致涂層的生產(chǎn)成本較高；同時，Ag的加入也使得涂層的制備成本進一步提高。T1-Al系金屬間化合物具有低密度、高比強度、高溫力學性能好、高溫抗氧化及耐腐蝕性能優(yōu)異等特點。其中TiAl3S度最小，且具有最好的高溫抗氧化性能。但是目前所報道的涂層幾乎都是需要涂層材料與基材進行原位反應獲得TiAl3*層，由于需要進行后續(xù)的真空熱處理，涂層工藝較為復雜，并且涂層與基材的互擴散行為會嚴重影響基材的力學性能。另外，不管是PVD技術還是真空熱處理擴散技術，都需要在高真空條件下實現(xiàn)，技術工藝復雜，成本高昂，因真空腔體的有限，對工件尺寸也有較大的限制。這些涂層材料和涂層技術都不能滿足鈦合金對高溫防護涂層的低成本、高效需求。低溫超音速火焰噴涂是在傳統(tǒng)超音速火焰噴涂基礎上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術。通過對噴槍結構進行改造，可以獲得低溫超音速的焰流，特別適合對熱和氧化敏感的粉末和基體。冷噴涂技術是近年來發(fā)展迅猛的新型熱噴涂技術，該工藝特點是焰流溫度低，一般低于金屬材料的熔點，主要是通過高速粒子撞擊基體后的塑性變形而形成致密的涂層。本專利技術擬直接采用TiAl3和純A1為原料，按一定比例機械混合后，采用低溫超音速火焰噴涂或冷噴涂技術直接形成涂層，A1粉的加入能一定程度上改善TiAljS性過大的缺點。這種方法操作方便，易于控制，非常適合于在大面積鈦合金工件表面高效制備防護涂層。包覆有高溫防護涂層的氧化試驗結果表明，涂層具有良好的高溫防護性能。國內(nèi)外未見此技術的報道。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供一種鈦合金TiAl3_Al復合涂層制備方法，該涂層能夠大幅提高鈦合金的抗氧化性能；制備方法分別采用低溫超音速火焰噴涂技術或冷噴涂技術，該方法操作簡便，易于控制，形成的涂層質(zhì)量好。本專利技術的鈦合金TiAl3步驟如下: (1)1^13粉以及純A1粉按比例混合24h后，烘烤； (2)將鈦合金表面用砂紙打磨掉表面的毛刺，用酒精超聲清洗，再對鈦合金表面進行噴砂處理，用酒精超聲清洗5~20min ； (3)低溫超音速火焰噴涂方法或冷噴涂方法在鈦合金基材表面制備TiAl3-Al涂層。步驟(1)所述的TiAl3粉和純A1粉的重量比為92:8~80:20，TiAl 3粉末粒徑為15-120 μ um，純 A1 粉粒徑為 10-100 μ m。所述噴涂TiAl3-Al的涂層厚度為10~100 μ m。所述低溫超音速火焰噴涂的工藝參數(shù):燃燒室壓力1.5-1.8MPa，粉末載氣為氮氣，流量8~10 1/min，噴槍移動速率700~1000mm/s，噴涂距離130~180mm。所述冷噴涂的工藝參數(shù):采用氣體為氮氣，預熱溫度為500~800°C、壓力為2.0-4.0MPa、噴槍移動速率50~200mm/s，噴涂距離20~50_。本專利技術的優(yōu)點: (1)本專利技術設計的涂層，對鈦合金的抗高溫氧化特別有效，且涂層對鈦合金基體的機械及物理性能不會產(chǎn)生不良影響。(2)本專利技術涂層采用低溫超音速火焰噴涂和冷噴涂方法制備，原料采用純金屬間化合物及純金屬粉末，機械混合后，噴涂到基體上制備出目標涂層，涂層成分容易控制，操作簡單。(3)本專利技術的涂層厚度可控，涂層生產(chǎn)不需要進行高溫真空熱處理，工藝簡單，工件尺寸和形狀不受限制。(4)本專利技術具有環(huán)保、生產(chǎn)效率高的特點，且較其他涂層成本低。【附圖說明】圖1為實施例1的TiAl3_Al涂層的掃描電鏡照片； 圖2為實施例1的TiAl3-Al涂層700°C恒溫氧化動力學曲線； 圖3為實施例1的TiAl3-Al涂層700°C恒溫氧化500h后的掃描電鏡照片； 圖4為實施例2的TiAl3-Al涂層的掃描電鏡照片。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步詳細說明。實施例1 (1)粉末前處理:將粒度為15~120ymTiAl3粉以及粒度為10~100μπι純Α1粉按92:8重量比例機械混合24h，放入50°C烘箱中烘烤5h后取出待用。(2) TC4鈦合金基材前處理:將TC4鈦合金基體表面用砂紙打磨掉的毛刺，用酒精超聲清洗lOmin，再對TC4鈦合金基體表面進行噴砂處理，用酒精超聲清洗5min。(3)低溫超音速火焰噴涂涂層:TiAl3粉和純A1粉混合粉末為熱噴涂粉末，使用低溫超音速火焰噴涂設備在鈦合金基材表面制備TiAl3-Al涂層。工藝參數(shù)為:燃燒室壓力1.8MPa，送粉載氣為氮氣，流量9 Ι/min,噴槍移動速率1000mm/s，噴涂距離150mm。 本實施例TiAl3_A涂層厚度為20 土 5Mm。由圖1的掃描電鏡可知，所制備的TiAl3_Al涂層與TC4合金基體結合良好，涂層致密。TiAl3-Al涂層全包覆TC4合金基體于700°C大氣環(huán)境下長時間的高溫氧化性能，根據(jù)圖2的氧化動力學曲線可知，試樣在200h內(nèi)持續(xù)增重，這說明涂層在為氧化增重；之后高溫氧化lOOOh后，試樣重量基本沒有變化，表明具有良好的抗高溫氧化效果。圖3高溫氧化后的涂層本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種鈦合金TiAl3?Al復合涂層制備方法，其特征在于步驟如下：（1）TiAl3粉以及純Al粉按比例混合24h后，烘烤；（2）將鈦合金表面用砂紙打磨掉表面的毛刺，用酒精超聲清洗，再對鈦合金表面進行噴砂處理，用酒精超聲清洗5~20min；（3）低溫超音速火焰噴涂方法或冷噴涂方法在鈦合金基材表面制備TiAl3?Al涂層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉敏，鄧春明，楊文瀑，張吉阜，鄧暢光，毛杰，鄺子奇，周克崧，
申請(專利權)人：廣州有色金屬研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44