[發明專利]一種高溫氟化處理提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法

有效

• 申請號: 201911109233.4
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN111235518B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 伍廉奎;李哲軒;曹發和
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C23C8/62
• 分類號: C23C8/62
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發明涉及金屬材料抗高溫氧化處理領域，尤其涉及一種高溫氟化處理提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法。所述方法包括以下步驟：將氟化銨和鈦基合金置于容器中，通惰性氣體并加熱保溫，使得氟化銨分解形成擴散氣體并擴散至鈦基合金，最后冷卻即可。本發明方法能夠有效提高鈦基合金的抗高溫氧化性能；能夠避免鈦基合金力學性能下降的問題發生；處理方法簡潔高效，操作難度更低、成本更低、對設備的需求也更低，同時處理效率更高，更加適用于工業化生產。

技術領域

本發明涉及金屬材料抗高溫氧化處理領域，尤其涉及一種高溫氟化處理提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法。

背景技術

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。

中國專利局于2018年9月4日公開了一種提高鈦基合金抗高溫氧化的方法的發明專利申請，申請公開號為CN108486631A，其通過在鈦基表面制備一層摻雜有活性元素的氧化膜的方式提高鈦基合金的抗高溫氧化性能。該技術方案隨能夠非常有效地提高鈦基合金的抗高溫氧化性能，但是其采用電沉積的方式，本身存在一定的污染性，并且在大規模工業化生產的過程中具有一定的局限性，同樣稀土元素的摻雜也提高了處理的成本。

發明內容

為解決現有的鈦基合金抗高溫氧化能力不足，而現有的優化方法或存在降低了鈦基合金力學性能，或存在著成本高并且存在一定的污染性，或現有的處理方式存在較大的局限性，大多僅適用于平板合金處理等問題，本發明提供了一種高溫氟化處理提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法。本發明的目的在于：一、提高鈦基合金的抗高溫氧化性能；二、簡化處理方法、降低處理操作難度，更加簡潔高效；三、降低成本、提高處理效率，易于實現，更加適用于工業化生產；四、不產生降低鈦基合金力學性能等問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案。

一種高溫氟化處理提高鈦基合金抗高溫氧化性能的方法，

所述方法包括以下步驟：

將氟化銨和鈦基合金置于容器中，通惰性氣體并加熱保溫，使得氟化銨分解形成擴散氣體并擴散至鈦基合金，最后冷卻即可。