[发明专利]一种防钛火阻燃涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种防钛火阻燃涂层及其制备方法，采用激光熔覆方法涂覆在钛合金基体表面的钛铝金属间化合物涂层，并且钛铝金属间化合物涂层燃烧后表面形成致密的富Al2O3的复式氧化产物。制备方法包括钛铝金属间化合物粉末制备、预熔覆钛铝金属间化合物粉末干燥处理、钛合金基体预处理、激光熔覆和热处理等步骤。制备的钛铝金属间化合物涂层比钛合金基体的阻燃性能提高1倍以上，同时涂层与基体之间结合程度良好，且涂层的高强度与基体的高韧性相结合，使该内韧外硬的复合结构更适用于航空发动机的服役环境。该涂层制备工艺简单，具有可重复性，且试验成本低，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于钛合金应用技术领域，涉及一种钛合金表面阻燃技术，尤其是涉及一种防钛火阻燃涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金因具有低密度、高比强度和优异的耐腐蚀性能而被广泛应用于航空发动机部件，如压气机叶片、机匣，且随着航空发动机推重比的提高，钛合金的用量需求将进一步增加。然而，由于钛自身导热性差、高温氧化膜不致密以及高的氧化热和燃烧热等缺点，发动机中存在钛部件燃烧即钛火安全隐患。因此，高推重比航空发动机对钛合金用量需求的增加与钛火风险增大的矛盾凸显，对预防钛火风险的措施及方法提出迫切要求。

从材料设计角度考虑，预防钛火的关键途径包括使用耐高温且具有良好阻燃性能的阻燃钛合金、钛铝金属间化合物，以及在钛合金基体上制备防钛火阻燃涂层。其中，阻燃钛合金的最高使用温度(550℃)已经不能满足设计要求；钛铝金属间化合物合金成为非常有应用前景的候选关键材料，长时使用温度工作温度为700℃～850℃，但其塑韧性较差、成形难度大，大尺寸零件制造极其困难。因此，在钛合金基体上制备防钛火阻燃涂层是降低钛火风险的优选方法，尤其是将钛铝金属间化合物作为阻燃涂层原材料。首先，钛铝金属间化合物具有优异的阻燃性能，能有效改善钛合金基体的阻燃性能；其次，钛铝金属间化合物与钛合金基体的成分和热膨胀系数相近，因而制得的涂层缺陷少，质量高；最后，钛合金的韧性较好，而钛铝金属间化合物的强度较高，因而，二者有机结合能起到内韧外硬的效果，更适用于高压压气机的服役环境。

激光熔覆是在激光束作用下将预涂覆粉末与合金基体表面迅速加热、熔化，并快速凝固形成稀释率极低、与基体材料呈冶金结合的表面涂层的技术。该方法经济效益很高，可涂覆粉末的种类几乎没有限制，且熔覆层厚度大，还可进行选区熔覆，因此该方法具有广阔的应用前景，目前广泛应用于金属材料的表面改性。

采用激光熔覆方法涂覆在钛合金基体上的钛铝金属间化合物涂层，且钛铝金属间化合物涂层燃烧后表面形成致密的富Al2O3的复合氧化物。

发明内容

本发明的目的是针对现有防钛火材料技术的不足而提出一种性能优异且制备高效的防钛火阻燃涂层及制备方法。

本发明的技术方案是，

提供一种防钛火阻燃涂层，该涂层材质为钛铝金属间化合物，所述钛铝金属间化合物中，各元素原子百分含量为45～47％的Al、1～2％的Cr、2～5％的Nb、0～2％的Ta、0～0.2％的B、0～0.3％的C，余量为Ti。

进一步的，所述钛铝金属间化合物为Ti-46Al-2Cr-5Nb。

进一步的，所述钛铝金属间化合物为Ti-45Al-1.5Cr-2Nb-1.5Ta-0.1B。

在钛合金基体表面形成上述涂层的方法，所述钛合金基体包括Al、Nb、Cr、V、 Ta、Zr、Sn、Mo、W、Si和C元素的一种或多种组合，并且Ti元素的质量百分数在 90％以下；

具体包括如下步骤：

(1)采用氩气雾化法制备粒径为30～180μm、含氧量小于1000ppm的球形或近球形钛铝金属间化合物粉末；对上述钛铝金属间化合物粉末进行加热干燥处理，加热温度为50～100℃，保温时间为1～2小时；