[发明专利]一种钛合金表面制备双层结构热障涂层的方法

说明书

技术领域： 

    本发明涉及钛合金表面涂层制备技术，特别是一种采用电泳沉积-低温烧结工艺对Ti6Al4V钛合金表面制备双层结构热障涂层的方法。

背景技术： 

    科学技术的发展对热端部件的发展提出了越来越高的要求，而现有的高温合金和冷却技术已难以满足社会发展需要。因此，在高温合金表面涂覆热障涂层成为重要的技术手段。热障涂层通常是指沉积于高温合金表面且具有优异隔热效果的陶瓷涂层，它降低了热端部件的工作温度，防止了工作部件发生高温氧化和腐蚀。热障涂层技术在航空航天、舰船、汽车制造以及冶金等多领域有着广泛的应用。

钛合金作为在航空、航天等领域有着重要应用的轻质结构材料，一直是材料领域的研究热点。然而，钛合金在高温环境下的性能较差，因此，通过表面热障涂层技术弥补钛合金高温性能不足显得十分必要。目前，为了进一步降低热障涂层热导率，寻求替代YSZ的新型热障涂层材料，特别是稀土锆酸盐、稀土掺杂等材料得到了广泛研究，但是还没有一种十分理想的替代材料。 

发明内容： 

本发明的目的是在针对已有技术的缺点，提供了一种工艺方法简单，操作简便，通过电泳沉积-低温烧结技术在Ti6Al4V钛合金表面制备双层结构热障涂层的方法。

本发明的技术方案是，一种钛合金表面制备双层结构热障涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤： 第一步：中间粘结层的制备：按合金的目标成分，分别称取重量比例为：Ni: 57.0~76.5%，Cr: 17.0~31.0%，Al: 6.0~11.0%，Y : 0.5~1.0%，向上述的金属粉末中掺加金属粉末总质量的1.0~3.5wt%的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，以无水乙醇为介质球磨12~24h，得到金属粉料浆，备用；所述料浆中金属粉末的浓度为50~100g/L、聚乙烯醇缩丁醛PVB浓度为5~10g/L；第二步：稀土铈酸盐粉料浆的制备：取过325目标准筛的稀土铈酸盐粉末加入无水乙醇中，控制铈酸盐粉末的浓度为100~250g/L，加入PVB粘结剂，浓度为15~25g/L，按所加入的铈酸盐粉末的质量的1.0~3.5wt%加入CuO和16.7wt%TiO₂复合粉末，作为稀土铈酸盐的烧结助剂，超声震荡1.0~2.0h，得到稀土铈酸盐粉料浆；第三步：Ti6Al4V钛合金表面预处理：Ti6Al4V钛合金基材浸入70℃氢氧化钠溶液中清洗45min后，用70℃温水冲洗基材表面；在基材干净表面进行20目棕刚玉喷砂处理后，水洗烘干后备用；第四步：Ti6Al4V钛合金基体表面中间粘结层的制备：将第一步所得金属粉料浆通过添加无水乙醇分散剂，控制溶液浓度为10~25g的金属粉料/L，用稀盐酸调节pH=3.8~4.4，超声震荡1.0~2.0h，以不锈钢容器为阳极，以第三步得到的Ti6Al4V钛合金为阴极，进行电泳沉积，沉积电压为25~45V，沉积时间为60~120s，烘干，得到金属层，将得到的中间粘结层在1.3×10^-1Pa真空度下，加热至900~1100℃保温30~120min，得到中间粘结层；第五步：稀土铈酸盐陶瓷层的制备：将第二步所得稀土铈酸盐粉末料浆通过添加无水乙醇分散剂，控制整个溶液的浓度为25~45g稀土铈酸盐/L，超声震荡1.0~2.0h，以不锈钢容器为阳极，以第四步处理得到的涂层试样为阴极，进行电泳沉积，沉积电压为100~150V，沉积时间为100~250s，烘干后得到陶瓷表层，将得到的涂层试样加热至1100~1300℃，升温速率为1~10℃/min，保温时间为3~6h，随炉冷却，即完成制备。所述的热障涂层表层采用电泳沉积-低温烧结方法分别制备Ni、Cr、Al、Y中间粘结层和稀土铈酸盐陶瓷表层，粘结层厚度控制在100~150μm，陶瓷层厚度控制在150~250μm。所述的陶瓷表层材料为稀土铈酸盐Dy₂Ce₂O₇、Y₂Ce₂O₇中的一种。 

本发明具有工艺方法简单，操作简便的特点，尤其是采用电泳沉积-低温烧结技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了双层结构热障涂层，该涂层具有优良隔热、抗震及抗氧化性能，可实现工业化生产，特别适用于航空、石油化工以及动力机械等领域的耐高温设备的表面处理。 

具体实施方式： 

实施例1，