[發明專利]一種激光合金化復合微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法

有效

• 申請號: 202011222732.7
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112391625B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 姚建華;王曄;吳國龍;張群莉;陳智君;王梁;董剛;李波;姚喆赫;楊高林
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C21/00;C22C21/02;C25D11/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發明公開了一種激光合金化復合微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法，主要利用激光合金化和微弧氧化對鈦合金表面進行處理，以此來解決鈦合金在高溫服役下表面易發生氧化導致工件整體性能下降的問題；本發明的主要創造性體現在：突破傳統浸入式微弧氧化對工件尺寸的限制，可用于大尺寸鈦合金工件整體/局部處理；通過微弧氧化技術的引入來降低激光合金化所需制備涂層的厚度，減輕激光處理對基體的損傷，提高處理后材料的使用性能和壽命；同時可通過合金化層的成分的調控提高微弧氧化成膜質量和致密度，解決微弧氧化涂層由于多孔性質所導致的性能提高受限的問題。

技術領域

本發明公開了一種激光合金化復合微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法，涉及激光合金化和微弧氧化技術，用于提高鈦合金表面的抗高溫氧化性能。

背景技術

鈦及鈦合金是一種密度小、強度高的輕金屬結構材料，被廣泛應用于航空航天、化工、船舶等領域。如用鈦合金制造的飛機發動機壓氣盤、葉片和機匣等零部件，可以提高航空發動機的推重比和飛機的機動性能。隨著鈦合金在高性能飛機上用比的增加，自然會對其使用溫度提出更高的要求。然而在高溫服役下，鈦合金表面極易發生氧化和氧脆，特別是600℃以上，合金高溫抗氧化性呈急劇下降趨勢，嚴重限制鈦合金向更高溫發展。對此，可以從材料表面入手，采用恰當的表面處理技術增強鈦合金外層的抗高溫氧化性能，使其表面能承受更惡劣的環境，又不影響其內部性能，更進一步的拓展鈦合金的應用領域。

激光表面合金化是對金屬材料表面局部改性處理的一種方法，添加的合金元素與基體材料表面在高能密度激光束的作用下熔化、混合，并在短時間內形成厚度約為0.01-2mm的表面合金化涂層，從而改善金屬材料特性的方法。該方法能夠通過添加一定的抗氧化合金元素，有效提高鈦合金的抗高溫氧化性能，且改性層深度和寬度可控。

微弧氧化技術是由陽極氧化工藝發展而來的表面處理方法。它是將極間電壓由普通陽極氧化的法拉第區升高到高壓放電區，產生微弧等離子體火花放電，利用電弧的瞬間燒結作用，在閥金屬表面原位生長陶瓷膜層，從而對基體進行保護的新技術。由于其原位生長的特點，故而使用該種方法在鈦合金的表面制備陶瓷涂層，不會影響鈦合金本來所具備的性能特點，又能改善鈦合金的抗高溫氧化性。

以上兩種技術雖然都一定程度上提高了鈦合金的抗高溫氧化性能，然而單一處理顯然無法滿足更高的要求。為此，本發明基于這兩種技術提出了一種激光合金化復合選區微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法。

發明內容

本發明目的是提供一種激光合金化復合微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法。首先利用激光合金化技術在鈦合金表面制備出具有良好抗高溫氧化性能的合金化層，再通過微弧氧化技術在合金化層表面之上制備含有抗高溫氧化相的陶瓷膜層，進一步提高合金化層的抗高溫氧化性能(如圖1所示)。

本發明的技術方案如下：

一種激光合金化復合微弧氧化制備鈦合金防高溫氧化涂層的方法，所述方法為：

(1)對待處理的鈦合金表面進行打磨、清洗、風干，備用；

所述鈦合金例如：TC4合金；

優選將鈦合金表面打磨至Ra 1.6μm；

(2)在步驟(1)準備好的鈦合金表面預置合金涂料，待其完全風干并設定激光加工工藝后進行激光合金化處理；

所述合金涂料由合金成分、溶劑、粘結劑組成；其中，所述合金成分的組成為Al：50-80wt.％，Si：15-25wt.％，Nb：5-25wt.％；所述溶劑為無水乙醇；所述粘接劑為紫膠；并且，合金成分、溶劑、粘結劑的質量比為5：12：1；

所述預置合金涂料層厚度為0.2-0.8mm；