[发明专利]一种钛铝基合金表面防护涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面工程技术领域，尤其涉及一种钛铝基合金表面防护涂层及其制备方法。

背景技术

钛铝基合金是一种新型的轻质高温结构材料，具有低密度、高比强度、优异的高温蠕变性能等优点，应用于航空领域对减轻飞机重量，提升飞机性能具有重要意义。但是当钛铝基合金的使用温度超过650°C时，TiO₂与Al₂O₃的形成自由能接近，在氧化过程中发生选择氧化，而TiO₂的形成速度要大于Al₂O₃的形成速度，所以在钛铝基合金形成了TiO₂与Al₂O₃的混合氧化膜，大量TiO₂的掺杂会导致表面氧化膜结构的疏松，于是在高温状态下表面无法形成连续致密的Al₂O₃氧化膜，这就导致在氧化过程中，表面疏松的混合氧化膜无法阻止氧、氯原子及其他有害原子向基体扩散渗透，氧化膜容易剥落，钛铝基合金表面氧化十分严重，抗高温氧化性能及耐腐蚀性能不足。由于钛铝基合金应用在航空领域，苛刻的使用环境迫使其高温抗氧化性能、耐腐蚀性能及耐磨性能还需进一步提高。

目前工业上一般采用以下几种方法进行表面涂层处理或表面改性：采用溅射沉积的方法制备合金涂层；利用所需合金元素的气态反应剂或者液态反应剂蒸气在一定的温度下发生化学反应，反应产物在衬底表面形成沉积薄膜；将高能量的离子束注入材料，改善被注入区域材料的成分、结构及性能达到表面改性的目的。但上述的技术手段所形成的改性层与基体的结合强度较差，很容易剥落而失去防护效果，并且很多技术手段成本高，要求待加工的工件尺寸、形状有一定限制，因此上述技术手段存在很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种钛铝基合金表面防护涂层及其制备方法，能在钛铝基合金表面制备耐腐蚀、耐高温、抗氧化的涂层，该方法工艺简单，生产成本低，并且能适用于任何形状、任何尺寸零部件。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钛铝基合金表面防护涂层，该钛铝基合金表面防护涂层为Ta-W合金涂层，合金涂层中自表及里Ta、W呈梯度分布，按质量百分比计算为：75%-95%的Ta；5%-25%的W。

作为优选的技术方案，该钛铝基合金表面防护涂层按质量百分比计算为：85%-90%的Ta；10%-15%的W。

上述钛铝基合金表面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）对钛铝基合金表面进行研磨并抛光至1000#-1200#，然后用体积比为3:1-4:1的乙醇和丙酮制备的清洗剂超声清洗后烘干；

（2）将上述处理好的钛铝基合金和Ta-W靶材装入双辉等离子表面冶金渗金属炉内，以钛铝基合金为工件极，以Ta-W靶材为源极，调节两极之间的间距为15mm-25mm；

（3）对双辉等离子表面冶金渗金属炉进行抽真空至气压为0.2Pa -1.0Pa，通入氩气，启动辉光，控制源极电压为800V-950V，工件电压为450V-550V，工作气压为30Pa-40Pa，工作时间为2h-4h；

（4）停止辉光，断电，完成钛铝基合金表面Ta-W共渗；

（5）将上述所得合金涂层放入真空炉进行退火处理，退火温度300℃-400℃，退火时间2h-3h。

以上步骤中所述的Ta-W靶材为Ta-W合金靶材或Ta-W混合靶材，Ta-W合金靶材的形状为圆柱状或长方体，圆柱状Ta-W合金靶材高度为5-10mm，直径为30-45mm，长方体Ta-W合金靶材尺寸为长3-5mm×20-25mm×65-85mm。所述的Ta-W混合靶材形状为长方体，尺寸为3-5mm×20-25mm×65-85mm。所述长方体Ta-W合金靶材与Ta-W混合靶材的排列方式为格栅状，排列间距为5-10mm。