[發(fā)明專利]一種鈦合金表面液態(tài)擴滲鋁復(fù)合涂層的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610132729.3
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105734486B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅青松;馬燁;劉明;李菊英;姚功鋮;陳峰;李聰玲
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: C23C10/48
• 分類號: C23C10/48;C23C10/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

本發(fā)明公開了一種鈦合金表面液態(tài)擴滲鋁復(fù)合涂層的制備方法，包括：步驟1，對鈦合金樣品表面進行納米化處理，從而在鈦合金樣品表面形成梯度納米晶層；步驟2，對表面納米化處理后的鈦合金樣品進行液態(tài)擴滲鋁處理，即可在鈦合金樣品表面獲得復(fù)合涂層。本發(fā)明簡單，操作方便；與傳統(tǒng)液態(tài)滲鋁方法相比，本發(fā)明采用相同的溫度和處理時間即可獲得更厚的涂層，或采用更低的溫度和更短的處理時間即可獲得厚度相當(dāng)?shù)耐繉樱欣诠?jié)約成本并降低涂層熱裂紋的形成傾向；可在鈦合金表面獲得具梯度結(jié)構(gòu)的擴散反應(yīng)層和參差交錯的界面，從而大大提高涂層與基體間的結(jié)合力，使涂層在熱應(yīng)力作用下也不易剝落和開裂。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬表面滲鋁涂層的制備方法，尤其涉及一種鈦合金表面液態(tài)擴滲鋁復(fù)合涂層的制備方法，屬于表面涂層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點，是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的重要金屬材料。鈦及鈦合金高溫下的氧化會導(dǎo)致強度和塑性下降，造成表面脆化，這使得鈦及鈦合金作為高溫材料的使用受到限制。

為提高鈦及鈦合金的抗高溫氧化性能，可以通過表面改性技術(shù)在材料表面形成保護性涂層。鈦合金的表面改性技術(shù)按照反應(yīng)機理可概括為兩大類，一類是通過離子噴涂、離子注入、激光熔覆、PVD等表面技術(shù)，在鈦合金表面涂鍍一層保護性涂層；另一類則是通過鈦合金與其他材料發(fā)生反應(yīng)，在鈦合金表面生成保護性涂層，如滲鋁。滲鋁是一種在一定條件下將鋁元素滲入材料表層獲得具優(yōu)良性能滲層的化學(xué)熱處理工藝。滲鋁后材料的表面生成致密而連續(xù)的保護性涂層，能提高工件的高溫抗氧化性以及在其他介質(zhì)中的熱穩(wěn)定性和耐蝕性。

目前鈦合金滲鋁技術(shù)存在滲鋁溫度高、滲鋁處理時間長、所得涂層塑性能力差等問題，在高溫或循環(huán)應(yīng)力作用下，所得涂層易發(fā)生剝落、開裂或形成貫穿性裂紋，進而失去防護效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種可顯著提高涂層和基體間結(jié)合力、且可降低擴滲鋁溫度和擴滲鋁處理時間的鈦合金表面液態(tài)擴滲鋁復(fù)合涂層的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種鈦合金表面液態(tài)擴滲鋁復(fù)合涂層的制備方法，包括：

步驟1，對鈦合金樣品表面進行納米化處理，具體為：

將鈦合金樣品夾持于夾具上，并將夾具固定于旋轉(zhuǎn)工作臺上；采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動壓頭底座使鑲嵌于壓頭底座上的滾針壓入鈦合金樣品表面并對滾針保持施加壓力；采用動力設(shè)備驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)從而帶動鈦合金樣品旋轉(zhuǎn)，滾針在鈦合金樣品表面滾壓使鈦合金樣品表面產(chǎn)生強烈塑性變形，從而在鈦合金樣品表面形成梯度納米晶層；所述的滾針材料硬度大于鈦合金樣品硬度；

步驟2，對表面納米化處理后的鈦合金樣品進行液態(tài)擴滲鋁處理，具體為：

打磨并清洗鋁塊，將鈦合金樣品壓入鋁塊，使鋁塊包裹住鈦合金樣品經(jīng)納米化處理的表面，在惰性氣體氛圍下加熱至700℃～900℃并保溫1～7小時，即可在鈦合金樣品表面獲得復(fù)合涂層。

作為優(yōu)選，步驟1所獲得的梯度納米晶層厚度不小于50μm，梯度納米晶層中晶粒粒徑不超過100nm。

梯度納米晶層的厚度和晶粒粒徑受滾壓壓力、工作臺旋轉(zhuǎn)速度和滾壓時間影響。一般而言，滾壓壓力越大、工作臺旋轉(zhuǎn)速度越大、滾壓時間越長，梯度納米晶層的厚度越大，晶粒粒徑越小；反之亦然。

步驟1中工藝參數(shù)可在下述范圍內(nèi)進行設(shè)置：滾壓壓力為45～200kN，工作臺旋轉(zhuǎn)速度為1～30r/min，滾壓時間為5～60min。本領(lǐng)域技術(shù)人員在上述工藝參數(shù)范圍內(nèi)進行有限次試驗，即可確定獲得厚度不小于50μm、晶粒粒徑不超過100nm的梯度納米晶層的工藝參數(shù)。

在表面納米化處理中，滾針為圓柱形，分布于以壓頭底座中心為圓心的若干同心圓圓周上；滾針的中心軸平行于旋轉(zhuǎn)工作臺，滾針可繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。