[发明专利]含铝-硅-锌-稀土-镁-铜的热浸镀合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金零部件表面涂层用的含铝-硅-锌-稀土-镁-铜的热浸镀合金及其制备方法。

背景技术

钛合金具有强度高，耐蚀性强等优点而成为重要的航空材料。钛合金的使用，对减轻飞机重量，提升飞机性能具有重要意义。然而，钛合金自身虽具有良好的耐腐蚀性能。但当其与铝合金及合金钢接触时，在应力与环境协同作用下，则易于发生接触腐蚀而导致失效。

接触腐蚀是一种电偶腐蚀，即异种金属在同一种介质中接触，由于金属电位不同使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的局部腐蚀。控制接触腐蚀根本措施是通过合理的选择涂层材料，适当地进行表面改性与表面涂镀层处理，使接触件异种材料的电位接近，从而降低或消除接触腐蚀。

然而，国内外防止钛合金接触腐蚀虽然取得一定的成果，但目前的手段均存在一定的问题，主要是采用的涂镀层在环境、应力协同作用下，很容易失去防护效果，钛合金表面的常规镀覆涂层在接触载荷作用下极易剥落，很容易失去防腐作用，剥落的碎片使接触零件之间形成磨粒磨损，加剧了零件的失效，因此飞机中大量的钛合金紧固件，迫切需要解决接触腐蚀导致的失效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金零部件表面涂层用的热浸镀合金，采用该热浸镀合金制备的抗接触腐蚀涂层即使在恶劣的环境和应力的作用下，也不会剥落，并且抗接触腐蚀的性能也大大得以提高，从而彻底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题。

本发明提供的专用于钛合金零部件表面涂层的热浸镀合金，其中所述热浸镀合金由铝、硅、锌、稀土元素、镁、铜和纳米氧化物颗粒增强剂组成，各组成成份占总质量的百分比为：硅含量：8～24％，锌含量：1.2～3.1％，稀土元素的含量：0.02～0.5％，镁含量：0.5～3.2％，铜含量0.05～0.5％，纳米氧化物颗粒增强剂的总含量：1～2％，余量为铝以及不可避免的杂质，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自TiO₂、CeO₂中的一种或两种。

优选的，如果采用的纳米氧化物增强剂颗粒是均匀的球体颗粒，则球体比表面积和平均粒径满足如下关系式：

其中D代表平均粒径；

ρ代表密度。

如果采用的纳米氧化物增强剂颗粒比一般的球体颗粒形状复杂一些，涂层的性能、效果可以更加理想，因此，本发明进一步优选的纳米氧化物增强剂的比表面积要大于上述公式计算值：

优选的，纳米氧化物颗粒采用TiO₂时，所述TiO₂的平均粒径为15～60nm。

优选的，纳米氧化物颗粒采用TiO₂时，所述TiO₂的比表面积为20～90m²/g。

优选的，纳米氧化物颗粒采用CeO₂时，所述CeO₂的平均粒径为25～70nm。

优选的，纳米氧化物颗粒采用CeO₂时，所述CeO₂的比表面积为10～80m²/g。

优选的，纳米氧化物颗粒增强剂为TiO₂和CeO₂时，TiO₂和CeO₂质量比为1∶(1～3)。

更优选的，其中TiO₂和CeO₂质量比为1∶2。

优选的，其中各组成成份占总质量百分比为：硅含量：12～20％，锌含量：1.5～2.5％，稀土元素的含量：0.1～0.3％，镁含量：1～2.5％，铜含量0.2～0.4％，纳米氧化物颗粒增强剂的总含量：1.2～1.8％。

另外，本发明还提供一种制造所述的热浸镀合金的方法，根据铝、硅、锌、稀土元素、镁、铜和纳米氧化物颗粒增强剂的质量百分比备料，先在气氛保护熔炼炉内，将铝硅合金先加热到750～800℃充分熔化，再升温至845～855℃后加入稀土元素，搅拌均匀，再加热升温至860～880℃后加入锌，经降温至750～700℃再同时加入纳米氧化物颗粒增强剂及镁、铜，经机械、电磁复合搅拌均匀，再将温度降低到700～650℃保温20～30分钟获得的。

其中，所述加热过程中的升温速率为10～40℃/分钟，所述降温过程中的降温速率为20～60℃/分钟。

本发明采用的铝硅涂层是防止钛合金腐蚀特别是高温腐蚀的有效涂层，其中铝主要提供高温情况下的腐蚀性能及持久的抗腐蚀性能；而硅可以进一步提高涂层的耐磨性、抗高温腐蚀性提高。