[發明專利]一種基于鹵素效應和SiO2-水玻璃復合陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法

有效

• 申請號: 201611268765.9
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106906504B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 伍廉奎;吳偉耀;侯廣亞;唐誼平;曹華珍;鄭國渠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

一種基于鹵素效應和SiO₂?水玻璃復合陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧性能的方法，包括以下步驟：1)首先去除鈦基合金基體的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)將醋酸銨、氯化銨和前軀體氟硅酸鹽與水混合，室溫下攪拌2～48h，得到前軀體溶液；3)在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以鈦基合金基體作為工作電極，鉑片或石墨作為對電極，進行電沉積，在鈦基合金表面得到含氟微納米SiO₂涂層；4)在步驟3)得到的含氟微納米SiO₂涂層表面制備厚度為1μm～10μm的水玻璃涂層；5)將覆蓋有兩層涂層的鈦基合金在空氣中熱處理，使水玻璃固化，即制得鈦基合金抗高溫氧化涂層。本發明制備工藝簡單，獲得的涂層與基體之間具有優異的結合力，可顯著提高鈦鋁合金高溫抗氧化性能。

技術領域

本發明屬于金屬材料抗高溫氧化領域，具體涉及一種基于鹵素效應和陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法。

技術背景

TiAl基金屬間化合物合金(簡稱TiAl合金)，具有密度低(為目前廣泛使用Ni基合金的 50％)，同時比強度和比剛度高且高溫蠕變性能較好等特點。可廣泛應用于汽車或航空發動機的高溫部件，如：壓氣機葉片、排氣閥和增壓渦輪等，特別是在航空高溫結構材料方面，TiAl 基合金是替代鎳基高溫合金的理想材料，被認為是極具應用前景的新型輕質高溫結構材料之一。然而，當TiAl合金使用溫度超過750℃時，TiAl合金抗高溫氧化性能迅速惡化，由于在更高溫度下，鈦和鋁與氧的親和能力非常接近，合金表面形成的是TiO₂和Al₂O₃混合層，氧化膜的生長速率很快，容易發生剝落。這嚴重影響了合金的使用性能。

為克服以上不足，國內外學者采用了合金化、離子注入法、表面涂層和陽極氧化等方法改性來提高鈦鋁合金的服役溫度。合金設計主要包括兩個方面，一是提高TiAl合金中基本元素Al的含量，這固然有利于其抗氧化性能的改善，但Al含量不宜太高，否則一旦析出脆性的TiAl₃將影響其力學性能。二是通過加入第三種或者多種合金元素，如：Nb,Sb,Si,Cr,Y,Mo 等雖然也可有效改善TiAl合金的高溫抗氧化性能，但加入量過高通常會導致TiAl合金力學性能下降。離子注入法雖然注入量可控、重復性較好，但涉及的設備較昂貴、生產效率較低，且對TiAl合金成分改變的深度僅局限在表面較淺的范圍(<1μm)。而防護涂層，如金屬涂層MCrAl(Y)、陶瓷涂層(如SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂等)以及擴散涂層(如Al、Si等)等雖然可作為屏蔽層阻擋氧氣向基體滲透，但各自仍存在一定的問題。金屬涂層與基體間的互擴散較嚴重，界面易析出硬脆相，同時產生柯肯達爾孔洞，嚴重降低了涂層與基體的結合強度；擴散涂層與基體熱膨脹系數相差較大。

發明內容

本發明的目的是針對現有鈦鋁合金抗高溫氧化能力不足，提供一種基于鹵素效應和SiO₂- 水玻璃復合陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧性能的方法，所獲得的復合涂層與基體之間具有優異的結合力，顯著提高鈦基合金在1000℃高溫下的抗氧化性能。

一種基于鹵素效應和SiO₂-水玻璃復合陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法，包括以下步驟：

1)首先去除鈦基合金基體的表面氧化物，然后清洗、干燥；

2)將醋酸銨、氯化銨和前軀體氟硅酸鹽與水混合，室溫下攪拌2～48h，得到前軀體溶液；其中醋酸銨、氯化銨和前軀體氟硅酸鹽的摩爾比為(0.1-5):(0.1-3)：(0.1～1)；

3)在三電極槽中加入配好的前軀體溶液，以鈦基合金基體作為工作電極，鉑片或石墨作為對電極，電極間距控制在1-10cm，控制沉積電位為-0.1V～-5.0V進行電沉積，沉積時間為 50s～3000s，然后取工作電極水洗后于40～150℃烘干，在鈦基合金表面得到含氟微納米SiO₂涂層；