[發(fā)明專利]一種基于鹵素效應(yīng)和預(yù)處理得到陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611268774.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106906505B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

一種基于鹵素效應(yīng)和預(yù)處理得到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)按比例將醋酸銨、氯化銨和氟硅酸鹽與水混合，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，Ag/AgCl電極作為參比電極，進行電沉積，得到含氟微納米SiO2涂層，4)將表面含氟微納米SiO₂涂層的鈦基合金，置于氬氣與氧氣的混合氣體中熱處理，制得鈦基合金抗高溫氧化復(fù)合涂層。本發(fā)明制備工藝簡單，獲得的涂層與基體之間具有優(yōu)異的結(jié)合力，可顯著提高鈦鋁合金高溫抗氧化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料抗高溫氧化領(lǐng)域，具體涉及一種基于鹵素效應(yīng)和預(yù)處理得到陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法。

技術(shù)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(yīng)用于汽車或航空發(fā)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(jié)構(gòu)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(yīng)用前景的新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料之一。然而，當(dāng)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(fā)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(nèi)外學(xué)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(shè)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(xué)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(dǎo)致TiAl合金力學(xué)性能下降。離子注入法雖然注入量可控、重復(fù)性較好，但涉及的設(shè)備較昂貴、生產(chǎn)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(chǎn)生柯肯達爾孔洞，嚴重降低了涂層與基體的結(jié)合強度；擴散涂層與基體熱膨脹系數(shù)相差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鈦鋁合金抗高溫氧化能力不足，提供一種基于鹵素效應(yīng)和預(yù)處理得到陶瓷涂層提高鈦基合金抗高溫氧性能的方法，所獲得的復(fù)合涂層與基體之間具有優(yōu)異的結(jié)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(yīng)和預(yù)處理得到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，然后將工作電極水洗后于40～150℃烘干，在鈦基合金表面得到含氟微納米SiO₂涂層；