[发明专利]一种γ‑TiAl合金表面耐磨损防护涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天部件表面的防护技术领域，具体涉及一种γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层及其制备方法。

背景技术

γ-TiAl合金在航空工业上的应用，主要是由于其具有优异的综合力学性能、低密度以及良好的耐蚀性，比如航空构架中要求合金具有高抗拉强度、高蠕变抗力并结合良好的疲劳强度和断裂韧性。与传统的镍基高温合金相比，γ-TiAl合金因其优异的高温抗拉强度、蠕变强度、高比强度和高温稳定性而被广泛应用，在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。在工作情况下，飞机发动机如果吸入外物或内部机件掉块，会导致高速旋转的叶片受到一定的冲击，并由此可能造成叶片损伤掉块，导致后面级的叶片受到不同程度的损伤，进而后续反应会使得轴承失效，从而带来转子径向、轴向的位移和串动、机匣的凹陷变形等现象，这些现象可能会引起转子与定子之间的摩擦，随着摩擦程度的加剧，会产生大量的热。同时由于钛合金属于热的不良导体，摩擦过程中所产生的热量不能进行有效传导或散失，因而会造成局部温度过高，当温度超过钛合金的燃点时，则会导致燃烧，这给部件的使用带来一定的安全隐患。同时当其用作于滑动部件时，也存在一定的粘着磨损和微动磨损倾向。

采用先进的表面防护技术手段，是解决上述相关磨损问题的有效方法之一。目前，表面工程技术方面得到了国内外的重视与关注。作为钛合金表面防护涂层应满足以下条件：

(1)涂层应具有良好的耐磨损性能；(2)涂层与基体的结合良好；(3)涂层对钛合金基体性能不会产生有害影响；(4)涂层结构应致密，孔隙、裂纹等缺陷出现较少。目前为止取得一定研究成果的表面工程技术包括等离子喷涂技术、离子注入法、激光熔覆法、表面沉积涂层法、多弧离子镀等，但它们又同时存在一些不足之处，如等离子喷涂后涂层与基体之间的结合较差；离子注入时深度较浅；常规CVD(激光熔覆法)在较高的温度容易引起基体组织的结晶、再长大变化，降低工件的强度和影响工件的形状尺寸等；用PVD(表面沉积涂层法)涂层又会存在界面结合问题；激光熔敷表面容易开裂等，从而所获得的涂层容易在高温、循环应力作用下剥落而失去防护作用。因此，为了满足部件在航空航天领域内的迫切需求，钛合金的耐磨损能力的提高业已成为需要解决的关键问题。

发明内容

本发明目的是针对于γ-TiAl合金耐磨性较差的问题与现有技术的不足，提供一种γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层及其制备方法，采用双辉等离子表面冶金技术，在一定程度上提升材料的耐磨性。

本发明采用以下技术方案：

一种γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层，所述的耐磨损防护涂层为Cr-Mo涂层，Cr-Mo涂层包括沉积层和互扩散层；所述的Cr-Mo涂层在γ-TiAl合金的表面，通过互扩散层实现Cr-Mo涂层与γ-TiAl合金(基体)之间的冶金结合。

所述的Cr-Mo涂层厚度为6～8μm，沉积层厚度为4～5μm，互扩散层的厚度为2～3μm。所述的互扩散层由Mo、Cr、Al和Ti组成的Mo-Cr-Al-Ti互扩散层，Mo与Cr的含量从互扩散层表面由外向内梯度下降，Ti与Al的含量则从互扩散层表面至基体呈上升趋势，期间含量均无成分突变的特点。

所述的γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层由以下制备方法制得的：

(1)将γ-TiAl合金、Cr-Mo合金靶材装入双层辉光离子表面合金化装置中，以γ-TiAl合金为工件极，将Cr-Mo靶材置于源极架上，作为源极；

(2)抽真空至0.1Pa以下，后充入高纯度氩气至10～60Pa，启动双层辉光离子表面合金化装置，调试工艺参数为：

靶材电压：900～950V；

工件电压：450～500V；

氩气气压：48～50Pa；

靶材与工件极间距：16～20mm；

保温时间：3～4h；

(3)降低电压，降温，停止双层辉光离子表面合金化装置，断电，打开空气阀，使炉内气压与外界大气压保持在同一水平；

(4)打开装置，取出工件，完成合金层制备，得到耐磨损防护涂层。

步骤(2)中，保温时间优选为3h。

一种γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将γ-TiAl合金、Cr-Mo合金靶材装入双层辉光离子表面合金化装置中，以γ-TiAl合金为工件极，将Cr-Mo靶材置于源极架上，作为源极；

(2)抽真空至0.1Pa以下，后充入高纯度氩气至10～60Pa，启动双层辉光离子表面合金化装置，调试工艺参数为：