[发明专利]抗氧化Ti－Al－Ag三元涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种抗氧化材料技术领域的制备方法，具体是一种抗氧化Ti-Al-Ag三元涂层的制备方法。

背景技术

金属间化合物γ-TiAl具有优良的高温综合性能，在一定温度范围内包括屈服强度和弹性模量在内的力学性能都较为优秀。其密度较低、比强度较高，是一种耐热性能接近高温合金的轻质合金，被认为是一种适合于汽车、航空和航天领域的优质材料。然而，γ-TiAl在700℃以上的空气中长期暴露会在表面生成Al/Ti的混合氧化皮，该氧化皮疏松、易剥落，无助于提升基体的抗氧化性能。但是，Shemet等研究发现，当Al的原子百分比50％左右且含量大于Ti，并且含Ag2-5at.％的γ-TiAl基合金具有优异的抗氧化性能。如果将含一定量Ag的γ-TiAl作为涂层材料沉积于基体，无疑可以提升基体的抗氧化性能。

经对现有技术的文献检索发现，Niewolak等在ADVANCED ENGINEERINGMATERIALS(先进工程材料，2001年3卷第7期)发表的“Alumina-formingcoatings for titanium and titanium aluminides(适合钛合金和钛铝合金的氧化铝形成涂层)”用磁控溅射方法在基体表面沉积一层Ti-Al-Ag三元合金涂层，该三元合金在800℃空气中暴露后不久将会在表面生成一层致密α-Al₂O₃薄膜，有效阻止基体的进一步氧化，显著提高了基体的抗氧化性。其不足之处在于：磁控溅射沉积效率极为低下，要获得实际工况下足够厚度的涂层，生产成本极高，所以该方法较为适合于实验室应用，而难以得到工业化的推广和使用。

发明内容

本发明针对溅射技术效率低下成本较高的问题，提出了一种抗氧化Ti-Al-Ag三元涂层的制备方法。本发明先通过球磨技术制备细至10²nm-10¹μm且粒子分布均匀的γ-TiAl/Ag复合粉体，经过喷雾干燥法造粒后，该复合粉体可以由高效的低压等离子喷涂技术沉积至基体表面，然后通过热处理使得Ag粒子扩散溶于γ-TiAl基体中，形成三元的Ti-Al-Ag合金涂层。本发明效率高，设备和工艺简单，生产成本低廉，750-800℃大气氧化能在表面形成α-Al₂O₃基的氧化膜，从而显著提高基体在高温空气中的抗氧化性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

a)原料采用γ-TiAl和Ag复合粉体，采用喷雾造粒工艺获得适合于热喷涂的球形颗粒；

所述γ-TiAl和Ag复合粉体，是首先将市售γ-TiAl粉(其中Al的原子百分比为51-55％)和市售Ag粉两种原料混合，使得Ag的摩尔数占Ti、Al、Ag三元素总摩尔数的2-5％，对混合粉料进行湿法机械球磨，干燥，过筛获得混合均匀的微细粉体，即γ-TiAl和Ag复合粉体。

所述湿法机械球磨，是指：以化学纯乙醇或丙酮为介质，将混合粉料用化学纯乙醇或丙酮稀释至糊状充满球磨罐，使得罐内没有空间容纳空气，或者将剩余空间充入Ar气保护。按照大中小三种规格置入磨球进行湿法球磨，整体球料质量比为3-5∶1-2。

所述湿法机械球磨中，磨球分大中小三种，质量比分别为3-5∶2-3∶5-2。

所述湿法机械球磨中，三种磨球直径分别为8-15mm、5-8mm以及2-5mm。

所述湿法机械球磨中，球磨时间为12小时-24小时。

所述湿法机械球磨中，球磨频率≥35HZ。

所述干燥，其温度为≤200℃。

所述过筛，是指过≥300目筛。

所述市售γ-TiAl粉体，其纯度大于2N5，粒径≤100μm。

所述市售Ag粉体，其纯度大于2N5，粒径≤75μm。

混合粉体经球磨后最细达到数百个纳米，平均粒度约为微米级。将该复合粉体经喷雾干燥法获得适合于热喷涂的球形颗粒，其粒度为150目至300目。

b)采用低压等离子喷涂将所得复合粉体喷涂于基体表面，获得γ-TiAl/Ag涂层；

所述的低压等离子热喷涂工艺参数为：主气流量为60升/分，次气流量为25-30升/分，弧电流为550-600安培，弧电压为50-60伏，送粉量为15-30克/分。

c)将喷涂好的样品表面磨光后置于炉内，先真空后充Ar气保护热处理获得Ti-Al-Ag三元涂层。