[发明专利]具有复合渗层的钛铝合金件及其制备方法、具有金刚石涂层的钛铝合金件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAlsubgt;2/subgt;层、掺锆的Tisubgt;5/subgt;Sisubgt;4/subgt;层、掺锆的TiSisubgt;2/subgt;层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。后续在该复合渗层基础上制备金刚石涂层时，该复合渗层能提高金刚石涂层与钛铝合金基体的粘附性，改善钛铝合金不耐磨损的问题，提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。本发明还提供了该具有复合渗层的钛铝合金件的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术领域，特别是涉及一种具有复合渗层的钛铝合金件及其制备方法、具有金刚石涂层的钛铝合金件及其制备方法。

背景技术

钛铝合金具有密度低、比强度和比刚度高、高温蠕变性能好等优点，被认为是极具应用前景的新型轻质工程结构材料之一。但其摩擦系数高，耐磨性差，在实际使用过程中容易磨损从而降低其使用寿命。摩擦磨损等微动损伤已成为限制钛铝合金广泛应用的主要瓶颈之一。

目前金刚石薄膜因具有硬度高、耐磨性强、摩擦系数较低、热导率高等特性，而常被用来制备耐磨涂层。一层附着力良好的金刚石薄膜可以极大地提高微动摩擦磨损服役环境下机械构件的使用寿命。但是钛铝合金与金刚石薄膜的热膨胀系数相差较大，金刚石薄膜在钛铝合金表面沉积后，在冷却的过程中，会因热膨胀系数相差较大而产生热应力从而导致金刚石薄膜与基体之间的粘附性较差、钛铝合金和金刚石薄膜之间形成裂纹，在应力集中的地方甚至会出现金刚石薄膜脱落的现象。

现有技术中(CN104760349A)有采用辉光离子渗的方法在钛铝合金表面制备了抗高温氧化和耐热腐蚀Al-Cr涂层，一来，Al-Cr涂层的制备成本较大，二来，所制备的Al-Cr涂层与金刚石薄膜的热膨胀系数仍有较大差距，不适合做金刚石薄膜与钛铝合金的中间层。因此，有必要提供一种适用于钛铝合金基体的、且能有效改善钛铝合金基体与金刚石薄膜之间粘附性的新型过渡层。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，其通过包埋渗的方法在钛铝合金基体上生长了一掺杂锆的TiAl₂-Ti₅Si₄-TiSi₂复合渗层，自钛铝合金基体表面向该复合渗层的厚度方向，该复合渗层的热膨胀系数逐渐降低，且该复合渗层的顶层其热膨胀系数与金刚石薄膜较为接近，便于后续在该复合渗层的基础上制备金刚石涂层，以解决现有金刚石涂层与钛铝合金基体粘附性不足的问题，从而有效改善钛铝合金不耐磨损的问题，还可提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。

具体地，第一方面，本发明提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl₂层、掺锆的Ti₅Si₄层、掺锆的TiSi₂层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。

本发明中，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低至与金刚石涂层的接近。即，复合渗层的最外层—掺锆的TiSi₂层与金刚石涂层的热膨胀系数接近。

可选地，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数由(9.0-9.5)×10^-6/℃逐渐降低至(3.0-4.0)×10^-6/℃。进一步优选地，所述复合渗层的热膨胀系数由9.2×10^-6/℃逐渐降低至3.5×10^-6/℃。