[發明專利]一種超極限鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201811645669.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109554708B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 馮晶;楊凱龍;宋鵬;種曉宇;葛振華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;B05D7/24;B05D7/14;B05D5/06;B05D5/00
• 代理公司: 50217 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李靜

本發明屬于鈦合金材料技術領域，公開了一種超極限鈦合金及其制備方法，包括鈦合金基體，鈦合金基體表面依次沉積有復合粘結層、復合陶瓷層、反射層、反折射層、絕緣層和泡沫碳層；復合粘結層包括沉積在鈦合金基體表面的粘結層和沉積在粘結層表面的貴金屬層；復合陶瓷層包括陶瓷A層和陶瓷B層。本發明通過在鈦合金基體表面沉積多層涂層，能夠將其使用溫度提升至高于原鈦合金基體熔點100?500℃，以實現鈦合金在超極限環境下的使用。本發明提供的超極限鈦合金具有極佳的高溫力學和化學穩定性，能夠在超過其鈦合金基體熔點的條件下使用，增大了使用范圍。

技術領域

本發明屬于對鈦合金材料制備技術領域，具體涉及一種超極限鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金具有強度高、比重小、耐蝕性好、耐熱性高、硬度高以及與生物的相容性好等特點，20世紀時鈦基合金就被廣泛應用于航空、航天、潛艇、醫療等領域，第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金，而后成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75％～85％。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學性能。低溫性能好，間隙元素極低的鈦合金，如TA7，在-253℃下還能保持一定的塑性。鈦合金是航空航天工業中使用的一種新的重要結構材料，如美國SR-71高空高速偵察機(飛行馬赫數為3，飛行高度26212米)，鈦占飛機結構重量的93％，號稱“全鈦”飛機。

隨著技術的發展與社會的實際需求，對航空器的速度要求也越來越高，航空器的提速就意味著發動機的運轉速度逐漸提高，便導致發動機葉片的表面溫度逐漸提高，盡管鈦合金有眾多優異的性能，但由于目前其極限使用溫度只有400～500℃，隨著高推重比的航空發動機的需求越來越高，對各種高溫部件材料的性能也就提出了更嚴格的要求，另外金屬在超過其熔點一半的溫度下工作時，就會發生軟化的現象，即鈦合金在540℃左右的環境下工作時，就會發生軟化，性能降低的現象，即現目前的鈦合金不能在超極限溫度(超過鈦合金的熔點溫度)下使用。

通常人們認為當一種材料不能在高溫環境下使用時，會去尋求另一種熔點更高的材料，例如人們通常會認為熔點更高的鎳合金、鐵合金等能夠替代鈦合金在更高的溫度下工作，但這類合金的原子量大，導致同樣厚度的材料，鎳合金或鐵合金會更重，使得這類合金雖然能夠滿足高溫的要求，卻不能達到輕質的效果，而航空器等飛行器要提速，關鍵就在于航空器的重量，這就使得航空器等飛行器的提速出現了瓶頸。因此若是在不改變材料的情況，對飛行器進行提速，就只能縮短飛行器的使用壽命。

發明內容

本發明意在提供一種超極限鈦合金及其制備方法，以解決現有的鈦合金無法滿足在超極限溫度下使用的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下基礎方案：

一種超極限鈦合金，包括鈦合金基體，所述鈦合金基體表面依次沉積有復合粘結層和復合陶瓷層；復合粘結層包括沉積在鈦合金基體表面的粘結層和沉積在粘結層表面的貴金屬層；復合陶瓷層包括陶瓷A層和陶瓷B層。

本技術方案的有益效果：

發明人通過大量的研究，研發了一種超極限鈦合金，滿足鈦合金在超極限溫度(超過其熔點溫度)下使用。在研發過程中，通常人們會認為當環境溫度高于合金的使用溫度之后，便會認為該合金不能在該溫度下進行使用，進而需要其他高熔點的合金進行使用，而發明人反其道而行，嘗試對鈦合金進行改進，以滿足航空器制造的需求。在發明人不斷嘗試的過程中非常驚喜的發現，通過在鈦合金表面沉積一定配比的涂層，能夠將鈦合金使用溫度提高至高于原熔點100-500℃，將大大的提高鈦合金的使用溫度，從而滿足制造航空器的需求；而在高溫環境下，將鈦合金的使用溫度提升2-3℃都是非常困難的，因此申請人的這一研究是在鈦合金的使用上非常大的進步。