[發明專利]鈦鋁合金表面二氧化鈦-氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910635053.3
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110295366B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉林濤;李爭顯;李宏戰;王彥峰;呂海兵
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/16;C23C14/30;C25D11/26
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種鈦鋁合金表面二氧化鈦?氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層，包括覆蓋在鈦鋁合金表面的具有多微孔結構的二氧化鈦?氧化鋁涂層和覆蓋在二氧化鈦?氧化鋁涂層上的鎳鉻鋁涂層；本發明還公開了上述復合抗氧化涂層的制備方法：將鈦鋁合金打磨清洗后依次采用微弧氧化法和電子束物理氣相沉積法制備二氧化鈦?氧化鋁涂層和鎳鉻鋁涂層。本發明利用鎳鉻鋁涂層中的Al與二氧化鈦?氧化鋁涂層中的TiO₂反應進而形成Al₂O₃阻擋層，抑制了鈦鋁合金與鎳鉻鋁涂層間的元素互擴散，提高了復合抗氧化涂層在高溫環境中的抗氧化性能和服役壽命；本發明制備工藝過程簡單，適于推廣應用。

技術領域

本發明屬于材料表面涂層技術領域，具體涉及一種鈦鋁合金表面二氧化鈦-氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層及其制備方法。

背景技術

與傳統高溫合金相比，鈦鋁合金具有更低的密度、更高的強度、更好的耐熱性能，綜合力學性能介于金屬材料和陶瓷材料之間，其比彈性模量超過現在所用結構材料50％以上，比強度在700℃～1000℃范圍內高于鈦合金和多晶鎳基合金的比強度，甚至可以與單晶鎳基合金相媲美。由于鈦鋁合金具有的一系列獨特的物理及力學性能，使其成為航空發動機高溫結構部件的最具潛力的合金之一。但是，由于航空發動機中的高溫高氣流環境的作用，鈦鋁合金在服役過程中會發生強烈的氧化行為，因此，鈦鋁合金的抗高溫氧化性能成為決定其服役壽命的關鍵因素之一。

采用高溫防護涂層技術進行保護，是提高鈦鋁合金抗氧化性能最為有效、可靠的方法，國內外研究者對此進行了大量的研究。例如：文獻(金屬學報,2003；39(7):744-748)中報道了在鈦合金表面采用滲硅處理制備Al-Si涂層提高鈦鋁合金抗氧化性能的方法，研究發現，Si元素能與Ti元素結合，降低Ti的活度相對增強了涂層中Al元素的活度，而且涂層中Al的相對含量也明顯提高，使表面形成了致密的Al₂O₃膜層，從而提高了鈦鋁合金的抗氧化性能。發明專利ZL201210420890.2介紹了一種將添加材料加入到型殼的面層涂料中，使熔化的TiA1合金熔體澆注進型殼內部后，面層涂料中加入的添加材料與TiA1合金熔體進行適當的反應和擴散，在TiA1合金鑄件的表面形成保護層的方法。該方法能夠減小TiA1合金鑄件在使用過程中的氧化行為，改善TiA1合金的高溫抗氧化性，使TiA1合金能夠在更高溫度、更長時間下使用。

如上所述，目前報道的高溫防護涂層一般分為鋁化物涂層或陶瓷涂層兩類，這兩類涂層雖然對鈦鋁合金的抗氧化性能都有一定的積極作用，但也都存在著顯著的缺陷。其中，鋁化物涂層由于涂層與基體成分的差異，會出現元素互擴散現象，從而導致涂層在高溫環境中的過早失效。而陶瓷涂層則會由于與基體熱膨脹系數的差異，使其抗熱震性能較差，導致涂層在熱循環過程中的過早失效。因此，目前鈦鋁合金表面抗氧化涂層的制備方法都存在一定的缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供鈦鋁合金表面二氧化鈦-氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層。該復合抗氧化涂層在鈦鋁合金表面與鎳鉻鋁涂層之間設置二氧化鈦-氧化鋁涂層，利用鎳鉻鋁涂層中的Al與二氧化鈦-氧化鋁涂層中的TiO₂發生界面反應生成Al₂O₃，進而形成Al₂O₃阻擋層，有效抑制了鈦鋁合金基體與鎳鉻鋁涂層之間的元素互擴散現象，提高了鈦鋁合金表面二氧化鈦-氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層在高溫環境中的抗氧化性能和服役壽命。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：鈦鋁合金表面二氧化鈦-氧化鋁/鎳鉻鋁復合抗氧化涂層，其特征在于，包括覆蓋在鈦鋁合金表面的二氧化鈦-氧化鋁涂層和覆蓋在二氧化鈦-氧化鋁涂層上的鎳鉻鋁涂層；所述二氧化鈦-氧化鋁涂層具有多微孔結構。