[發明專利]一種TiAl合金表面的納米YSZ/NiCoCrAlYTa復合涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202210325149.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114686794A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 田世偉;張業飛;江海濤;張韻;楊禎彧;吳彥欣;徐偉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/134;C23C4/11;C23C4/073;C22C14/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種TiAl合金表面的納米YSZ/NiCoCrAlYTa復合涂層的制備方法，屬于涂層材料領域。所述的復合涂層由表層至內層依次為納米YSZ(Y₂O₃?ZrO₂)陶瓷層、NiCoCrAlYTa粘結層。其制備方法為：先將TiAl合金表面進行預處理；利用超音速火焰噴涂技術在合金表面進行NiCoCrAlYTa粘結層制備；利用大氣等離子噴涂技術在粘結層表面制備納米Y₂O₃?ZrO₂陶瓷面層。本發明采用超音速火焰噴涂技術和大氣等離子技術相結合的方法，簡易高效的在TiAl合金表面制備高溫性能優異且各界面結合緊密的復合涂層，利于提高TiAl合金高溫抗氧化性能。

技術領域

本發明屬于高溫合金復合涂層制造領域，具體是使用超音速火焰噴涂和大氣等離子噴涂技術相結合，在TiAl合金表面制備一種高溫抗氧化復合涂層。

背景技術

TiAl合金作為一種新型的高溫結構應用材料，由于其具有高比強度，低密度，優異的耐腐蝕性和穩定的高溫力學性能，正逐步取代Ti合金和Ni基高溫合金。近年來，TiAl合金已被研究且應用于航天航空和汽車制造等領域，如渦輪葉片、排氣閥和渦輪增壓器轉子等。但是，當工作溫度達到750℃以上時，TiAl基合金的抗氧化性能急劇下降，這主要原因是其自由表面上未形成致密的保護性氧化膜，而是形成疏松多孔的非保護性的TiO₂和Al₂O₃混合層。

為了解決這一問題，提高TiAl基合金在高溫下的抗氧化性，當前關于這方面的研究主要分為兩個方向：1.通過添加合金元素和改善制備工藝來調控合金內部組織，以提高合金高溫抗氧化性能；2.通過表面改性技術，以阻止空氣侵入基體。然而，添加合金元素的方法往往會導致其他性能發生改變，如室溫延性和抗蠕變性能。因此，通過使用合金元素來提高TiAl基合金的抗氧化性并不總是合理的，從而表面改性技術可成為更好的研究方向。

表面改性技術包括表面合金化技術和表面涂層技術，表面合金化技術一般采用熱擴散、離子注入、激光表面合金化等方法，該方法對抗氧化性能提升效果較弱，且工業生產難度較大。表面涂層技術是采用表面工程技術手段將不同種類的涂層(Al-X體系、Ti-Al-X體系、MCrAlY體系、陶瓷涂層、復合涂層等)噴涂至基體表面，改善基體的表面性能。目前，表面制備技術手段主要為電化學沉積、磁控濺射、等離子噴涂、激光熔覆、超音速火焰等。但上述方法均存在一些問題，如電化學沉積和磁控濺射工藝復雜，對原材料和基體規格要求較高，難以工業化，等離子噴涂的涂層與基體的結合性能較差，激光熔覆效率低，成本高。因此開發新的噴涂工藝至關重要，同時在抗氧化涂層領域，單一的涂層已滿足不了現如今的應用需求，主要集中研究制備新型復合涂層和改性涂層。

在文獻“Microstructural characterization of YSZ-CoNiCrAlY two-layeredthermal barrier coating formed onγ-TiAl intermetallic alloy via APS process”中提出，使用大氣等離子方法在合金表面制備了YSZ-CoNiCrAlY的復合涂層，顯著改善了合金的抗氧化性能；但由大氣等離子制備的CoNiCrAlY粘結層存在較多的微裂紋，對涂層性能產生不良影響，這表明MCrAlY體系粘結層的制備并不適合采用大氣等離子噴涂方法。