[發明專利]一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310023930.4
• 申請日: 2013-01-03
• 公開（公告）號: CN103060754A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 王文波;賀志勇;劉小平;王振霞;尤凱;寧來元
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/38;C23C10/28
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技術領域

本發明涉及材料加工工程技術領域，尤其是涉及一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法。

背景技術

鈦合金因具有比強度高、耐蝕性及耐熱性能好等優點被廣泛應用于航空工業。但其在特定環境下發生燃燒的特性，制約了它在高性能航空發動機中的應用。在高溫高壓環境中，鈦合金迅速氧化，氧化反應是放熱過程，將會發生自蔓延反應而導致鈦的燃燒。這些現象經常發生在發動機的高壓壓縮機中。研制阻燃鈦合金、改進發動機的設計是預防著火的重要措施，而對鈦及鈦合金進行表面合金化也是提高其阻燃性能的有效途徑。近幾年雙層輝光等離子滲金屬技術在鈦及鈦合金表面合金化的研究取得一些重要成果。Ti-45Nb是美國研制的一種阻燃鈦合金，Nb元素的含量較大，比強度下降，造成冶煉困難，工藝性能差，成本高，整體阻燃鈦合金的塑性與韌性較原始鈦合金有較大的改變。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，使工件表面形成含有欲滲金屬元素的表面合金層，大大提高了工件的抗高溫氧化性能。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，采用以下步驟：

S1、將陽極、陰極和源極設置于密封爐內部，所述陰極由鈦鋁基合金工件構成，所述源極由欲滲金屬元素板構成，用真空泵對所述密封爐抽真空并充入惰性氣體至20Pa左右并通入冷卻水，對所述陰極施加800～900V電壓，繼續充入氬氣至25Pa左右，對所述鈦鋁基合金工件進行充分的預轟擊，通過預轟擊對所述鈦鋁基合金工件進行清洗，并使其表面活化便于活性原子的吸附，同時將其加熱到300度；

S2、對所述鈦鋁基合金工件進行預轟擊后調至工作氣壓20-80pa，將源極和陰極施加電壓并調整到試驗值400～600V/200～400V，使所述鈦鋁基合金工件和源極達到工作溫度1000度，穩定各工藝參數開始計時并保溫，來自源極的欲滲合金元素吸附、沉積到活性較大的所述鈦合金工件表面，并在高溫下擴散滲入工件內部，形成含有欲滲金屬元素的表面合金層；

S3、到指定滲金屬時間1-6h后，關閉源極和陰極電源，將密封爐內抽到極限真空，冷卻到室溫后出爐。

進一步的，在步驟S1中，將所述鈦合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩定的升溫環境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度。

進一步的，所述欲滲金屬元素板為鈮元素板。

進一步的，所述鈮元素板用砂紙打磨干凈，然后用丙酮超聲清洗。

進一步的，所述鈦鋁基合金工件依次經過鑲樣機鑲樣、砂輪粗磨、水砂紙細磨、拋光機拋光、用3％～4％HF+10％HNO₃水溶液腐蝕劑進行腐蝕。

進一步的，所述滲金屬溫度為900～1100℃，所述工作氣壓65Pa，所述時間4h，所述陰極與源極的極間距為15～20mm，所述預轟擊時間10～60min。

采用了上述技術方案，本發明的有益效果為：本發明對TiAl金屬間化合物進行離子滲Nb后，其抗氧化性能有大幅度的提高，Ti-6Al-4V表面經雙層輝光離子滲鉬處理后耐磨性能提高了近100倍。

由于在步驟S1中，將所述鈦鋁基合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩定的升溫環境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度，輔助陰極和源極、工件形成多重空心陰極效應，提高了源極濺射率，同時起到保溫作用，減少熱消耗，減少源極濺射出合金元素流失，提高源極合金元素的濃度和吸收率，滲金屬溫度場更均勻，有利于形成均勻的擴散層。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進一步說明。

一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，采用以下步驟：

S1、將陽極、陰極和源極設置于密封爐內部，所述陰極由鈦鋁基合金工件構成，所述源極由欲滲金屬元素板構成，用真空泵對所述密封爐抽真空并充入惰性氣體至20Pa左右并通入冷卻水，對所述陰極施加800～900V電壓，繼續充入氬氣至25Pa左右，對所述鈦鋁基合金工件進行充分的預轟擊，通過預轟擊對所述鈦鋁基合金工件進行清洗，并使其表面活化便于活性原子的吸附，同時將其加熱到300度；