[发明专利]一种用于TiAl合金的防护涂层及其制备方法

说明书

一种用于TiAl合金的防护涂层及其制备方法。所述用于TiAl合金的防护涂层采用等离子喷涂方法在TiAl基体合金表面制备出过渡涂层，在该过渡涂层表面制备出陶瓷涂层；通过涂层能够有效提高合金抗氧化性能，同时保持TiAl合金的力学性能，以满足其作为结构材料在高温环境下的使用要求，通过外部的陶瓷涂层改善合金的抗氧化性能，加入适量的TiO₂能够改善涂层孔隙率大、致密性差等缺陷；而过渡涂层不仅能增强合金与涂层间的结合强度，也能解决由于陶瓷涂层不致密导致的氧原子渗透问题，进一步增强合金的抗氧化性能。同时，本发明所采用的工艺方法简单，便于操作，效率高。

技术领域

本发明涉及一种用于金属的抗氧化涂层，具体是使用等离子喷涂方法在TiAl合金表面制备一种高温抗氧化涂层，属于热喷涂表面处理技术领域。

背景技术

随着航空、航天工业的迅速发展，航空、航天飞行器对其发动机的要求越来越严格。涡轮叶片是航空发动机的核心零部件，它一直处于高温、高压、高速的燃气腐蚀工作环境中，承受着离心力、气动力、温度应力等循环交变载荷与动载荷作用，服役环境非常恶劣。这要求使用的高温结构材料具备耐高温、高的比强度和比刚度等性能特点，以满足先进动力装置和新型飞行器研制的需要。TiAl合金是一种新型轻质高强结构材料，它具有高熔点、低密度、良好的力学性能等优点，是750℃以下极具应用前景的高温结构材料。在实际应用中，TiAl合金也出现了一些亟待解决的问题，例如：在应用温度达800℃及以上时，合金会出现抗氧化性能不足的现象；在1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度；合金硬度相对较低，耐摩擦磨损性能较差等。当前关于TiAl合金的研究主要分为：1.通过添加合金元素和加工技术来调控合金内部组织，以改善合金性能。2.通过表面处理技术，改善合金表面性能，提高合金高温抗氧化性能、耐磨性及耐热腐蚀性能。

文献“Mechanical properties and oxidation resistance of plasma-sprayedmultilayered Al₂O₃/ZrO₂thermal barrier coatings.”中提出，在合金表面制备了Al₂O₃/ZrO₂热障涂层，显著改善了合金表面的机械性能与抗氧化性能；但涂层的孔隙率较高、涂层冷却过程中内应力不均匀，导致涂层表面产生微裂纹。

在文献“Improvement of Tribological Behavior of Ti–6Al–4V Alloy UsingNanostructured NbSi₂and NbSi₂–Al₂O₃Plasma Spray Coating.”中提出，在钛合金表面制备NbSi₂和NbSi₂–Al₂O₃复合涂层，NbSi₂能提高喷涂过程中粉末的熔化程度，减小涂层的孔隙率，提高涂层致密度。但NbSi₂和NbSi₂–Al₂O₃复合涂层与钛合金基体的结合强度不够高，在实际工程应用中涂层的使用寿命有限。

周春根等人在公开专利发明中(公开号为CN 101121308A)提出，在Nb合金表面制备Al₂O₃/Al-Si-Cr复合涂层，Al₂O₃涂层在Al-Si-Cr混合层与基体之间。表面Al-Si-Cr涂层在高温环境下会生成Al₂O₃、SiO₂和Cr₂O₃混合氧化物层，提高了合金的抗氧化寿命。但涂层表层为Al-Si-Cr混合层，硬度低、耐摩擦和抗腐蚀性能差，在实际工程应用中涂层寿命不够长。