[發(fā)明專利]一種通過(guò)預(yù)氧化提高TiAl基合金高溫抗氧化性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610094051.4
• 申請(qǐng)日: 2016-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN105648398B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈軍;曲壽江;湯守巧;馮聰;朱濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C8/62
• 分類號(hào): C23C8/62
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發(fā)明涉及一種通過(guò)預(yù)氧化提高TiAl基合金高溫抗氧化性能的方法，包括以下步驟：(1)將預(yù)處理的TiAl基合金的表面依次埋覆金屬氧化物粉末層及該金屬與其氧化物的混合粉末層，并置于惰性氣氛或真空環(huán)境中；(2)加熱升溫至800～1000℃，保持2～20h，在TiAl基合金周圍形成極低氧氣分壓環(huán)境，促進(jìn)TiAl基合金表面生成致密的Al₂O₃膜，從而提高TiAl基合金高溫抗氧化性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)提供極低氧氣分壓環(huán)境及不破壞材料的整體力學(xué)性能的預(yù)氧化技術(shù)提高TiAl基合金高溫抗氧化性能，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及TiAl基合金高溫抗氧化領(lǐng)域，尤其是涉及一種通過(guò)預(yù)氧化技術(shù)來(lái)提高TiAl基合金高溫抗氧化性能的方法。

背景技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的鈦合金及高溫合金，TiAl基合金具有十分顯著的綜合性能，即密度低、比強(qiáng)度高、優(yōu)良的抗蠕變性能和高溫力學(xué)性能。該性能可滿足汽車或航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件的使用要求，如壓氣機(jī)葉片和增壓渦輪等，由于鎳基超合金密度較大，因而，TiAl基合金是部分取代鎳基高溫合金的理想材料。然而，TiAl基合金存在如下缺點(diǎn)：(1)室溫塑性較差；(2)高溫抗氧化性能嚴(yán)重不足，當(dāng)使用溫度高于750℃時(shí)，氧化嚴(yán)重，這極大地破壞力學(xué)性能。TiAl基合金高溫氧化時(shí)，Ti元素和Al元素會(huì)競(jìng)爭(zhēng)氧化，表面形成不具保護(hù)作用的TiO₂、Al₂O₃混合物氧化膜。目前，改善TiAl基合金高溫抗氧化性能主要有以下兩種方法：(1)整體合金化，即在TiAl基合金中添加Ti、Al以外的元素，如Nb、Si、W等元素，來(lái)提高抗氧化性能；(2)TiAl合金表面處理技術(shù)，包括表面合金化和涂層技術(shù)，通過(guò)在合金表面形成具有保護(hù)作用的膜或涂層(如包埋滲鋁、表面離子注入等)，以提高TiAl基合金高溫抗氧化性能。

盡管Al₂O₃與TiO₂的分解壓在常壓下很接近，但根據(jù)Ellingham圖可以看出Al₂O₃的分解壓仍然小于TiO₂分解壓，即Al元素比Ti元素具有更高的活性。氣體通量與氣體分壓可用Hertz-Knudsen-Langmuir方程表示：

其中，J_max為最大氣體流量，T為溫度，P_eq為氣體平衡分壓，M為分子量，R為氣體常數(shù)。在低氧分壓下，由于氣體流通極慢，反應(yīng)的控制步驟應(yīng)為氧分子在合金表面的撞擊過(guò)程，在低氧壓氣氛中Al元素將會(huì)優(yōu)先氧化形成Al₂O₃，因此，可將TiAl基合金在低氧壓氣氛中氧化一定的時(shí)間，在其表面形成具有保護(hù)性的Al₂O₃氧化膜以提高合金的抗氧化性能，這就是所謂的預(yù)氧化處理。預(yù)氧化處理相比于整體合金化，具有不破壞合金整體力學(xué)性能的優(yōu)勢(shì)；預(yù)氧化相比于涂層和表面離子注入等，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、能夠通過(guò)提供極低氧氣分壓環(huán)境及不破壞材料的整體力學(xué)性能的預(yù)氧化技術(shù)提高TiAl基合金高溫抗氧化性能的方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種通過(guò)預(yù)氧化提高TiAl基合金高溫抗氧化性能的方法，包括以下步驟：

(1)將預(yù)處理的TiAl基合金的表面依次埋覆金屬氧化物粉末層及該金屬與其氧化物的混合粉末層，并置于惰性氣氛或真空環(huán)境中；

(2)升溫至800～1000℃，保持2～20h，在TiAl基合金周圍形成極低氧氣分壓環(huán)境，促進(jìn)TiAl基合金表面生成致密的Al₂O₃膜，從而提高TiAl基合金高溫抗氧化性能。