[發明專利]一種γ?TiAl合金表面耐磨損防護涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201510587113.0
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN105154835B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 王燕;袁彪;王瓊;姚強;朱宇宏;路通;張平則
• 申請（專利權）人: 江蘇省產品質量監督檢驗研究院
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/16
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司32218
• 代理人: 夏平,邢賢冬

技術領域

本發明屬于航空航天部件表面的防護技術領域，具體涉及一種γ-TiAl合金表面耐磨損防護涂層及其制備方法。

背景技術

γ-TiAl合金在航空工業上的應用，主要是由于其具有優異的綜合力學性能、低密度以及良好的耐蝕性，比如航空構架中要求合金具有高抗拉強度、高蠕變抗力并結合良好的疲勞強度和斷裂韌性。與傳統的鎳基高溫合金相比，γ-TiAl合金因其優異的高溫抗拉強度、蠕變強度、高比強度和高溫穩定性而被廣泛應用，在航空工業中主要用于制造飛機發動機和機身。在工作情況下，飛機發動機如果吸入外物或內部機件掉塊，會導致高速旋轉的葉片受到一定的沖擊，并由此可能造成葉片損傷掉塊，導致后面級的葉片受到不同程度的損傷，進而后續反應會使得軸承失效，從而帶來轉子徑向、軸向的位移和串動、機匣的凹陷變形等現象，這些現象可能會引起轉子與定子之間的摩擦，隨著摩擦程度的加劇，會產生大量的熱。同時由于鈦合金屬于熱的不良導體，摩擦過程中所產生的熱量不能進行有效傳導或散失，因而會造成局部溫度過高，當溫度超過鈦合金的燃點時，則會導致燃燒，這給部件的使用帶來一定的安全隱患。同時當其用作于滑動部件時，也存在一定的粘著磨損和微動磨損傾向。

采用先進的表面防護技術手段，是解決上述相關磨損問題的有效方法之一。目前，表面工程技術方面得到了國內外的重視與關注。作為鈦合金表面防護涂層應滿足以下條件：

(1)涂層應具有良好的耐磨損性能；(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生有害影響；(4)涂層結構應致密，孔隙、裂紋等缺陷出現較少。目前為止取得一定研究成果的表面工程技術包括等離子噴涂技術、離子注入法、激光熔覆法、表面沉積涂層法、多弧離子鍍等，但它們又同時存在一些不足之處，如等離子噴涂后涂層與基體之間的結合較差；離子注入時深度較淺；常規CVD(激光熔覆法)在較高的溫度容易引起基體組織的結晶、再長大變化，降低工件的強度和影響工件的形狀尺寸等；用PVD(表面沉積涂層法)涂層又會存在界面結合問題；激光熔敷表面容易開裂等，從而所獲得的涂層容易在高溫、循環應力作用下剝落而失去防護作用。因此，為了滿足部件在航空航天領域內的迫切需求，鈦合金的耐磨損能力的提高業已成為需要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明目的是針對于γ-TiAl合金耐磨性較差的問題與現有技術的不足，提供一種γ-TiAl合金表面耐磨損防護涂層及其制備方法，采用雙輝等離子表面冶金技術，在一定程度上提升材料的耐磨性。

本發明采用以下技術方案：

一種γ-TiAl合金表面耐磨損防護涂層，所述的耐磨損防護涂層為Cr-Mo涂層，Cr-Mo涂層包括沉積層和互擴散層；所述的Cr-Mo涂層在γ-TiAl合金的表面，通過互擴散層實現Cr-Mo涂層與γ-TiAl合金(基體)之間的冶金結合。

所述的Cr-Mo涂層厚度為6～8μm，沉積層厚度為4～5μm，互擴散層的厚度為2～3μm。所述的互擴散層由Mo、Cr、Al和Ti組成的Mo-Cr-Al-Ti互擴散層，Mo與Cr的含量從互擴散層表面由外向內梯度下降，Ti與Al的含量則從互擴散層表面至基體呈上升趨勢，期間含量均無成分突變的特點。

所述的γ-TiAl合金表面耐磨損防護涂層由以下制備方法制得的：

(1)將γ-TiAl合金、Cr-Mo合金靶材裝入雙層輝光離子表面合金化裝置中，以γ-TiAl合金為工件極，將Cr-Mo靶材置于源極架上，作為源極；

(2)抽真空至0.1Pa以下，后充入高純度氬氣至10～60Pa，啟動雙層輝光離子表面合金化裝置，調試工藝參數為：

靶材電壓：900～950V；

工件電壓：450～500V；

氬氣氣壓：48～50Pa；

靶材與工件極間距：16～20mm；

保溫時間：3～4h；

(3)降低電壓，降溫，停止雙層輝光離子表面合金化裝置，斷電，打開空氣閥，使爐內氣壓與外界大氣壓保持在同一水平；

(4)打開裝置，取出工件，完成合金層制備，得到耐磨損防護涂層。

步驟(2)中，保溫時間優選為3h。

一種γ-TiAl合金表面耐磨損防護涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)將γ-TiAl合金、Cr-Mo合金靶材裝入雙層輝光離子表面合金化裝置中，以γ-TiAl合金為工件極，將Cr-Mo靶材置于源極架上，作為源極；

(2)抽真空至0.1Pa以下，后充入高純度氬氣至10～60Pa，啟動雙層輝光離子表面合金化裝置，調試工藝參數為：