[发明专利]一种钛合金抗高温氧化涂层的制备方法

说明书

本发明公开一种钛合金抗高温氧化涂层的制备方法。其制备步骤为：用砂纸打磨基体的氧化皮，然后依次置于丙酮、无水乙醇中超声清洁，最后采用棕刚玉砂喷砂处理；采用超音速火焰喷涂在基体表面制备涂层；在所制备的涂层表面蒸镀金属铝；最后再热扩散处理上述沉积有金属铝的涂层。本发明的特点在于通过金属铝与金属间涂层的热扩散反应，能提高TiA1₃的相含量，所制备的涂层致密性更高，从而具有优异的抗高温氧化性能。

技术领域

本发明涉及一种钛合金抗高温氧化涂层的制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金具有相对密度小、比强度高等特点被广泛应用于航空航天领域，被誉为“太空金属”。钛合金具有优异的抗腐蚀能力、无磁性等，是一种优秀的军用舰船结构材料，被誉为“海洋金属”。近年来，随着钛工业的不断发展，钛合金在民用领域中也得到了广泛应用，如汽车、建筑、医学、文体用品等方面，被誉为“全能金属”。

但是，钛合金仍存在一些缺陷，如耐磨性差、易氧化等缺点。通过表面处理在钛合金表面制备Ti-Al系金属间化合物涂层可以改善以上缺点，这类涂层不仅具有很好的高温抗氧化和抗热腐蚀性能，而且有很好的韧性和抗热疲劳强度。其中，TiA1₃在氧化过程中能形成单一的外Al₂O₃膜，最具高温抗氧化性能。

通常，对钛合金进行固体粉末包埋渗铝，通过高温扩散反应可以在钛合金表面获得富含TiAl₃相的涂层，但是，这类方法有一个严重缺点，涂层与基体的互扩散容易导致基体性能下降，对于钛合金来说，影响尤为显著。另外，扩散反应难形成高含量的TiA1₃。相比较下，采用物理或化学沉积涂层则具有成本低，实用性高的特点。这类涂层不易与基体发生扩散，由于工艺温度较低，对钛合金的力学性能影响也较小。其中，热喷涂方法已被广泛用于制备具有一定致密度和结合强度的耐磨抗蚀涂层。据此，申请号为201510820050.9的发明专利“一种钛合金TiA1₃-Al复合涂层制备方法”将TiA1₃粉与纯Al粉按比例混合，采用低温超音速火焰喷涂方法或冷喷涂方法在钛合金基材表面制备涂层。但是，热喷涂所制备的涂层具有明显的层状结构，涂层中容易产生气孔，且涂层与基体之间的结合大多是机械结合，难以满足重载条件下的服役要求。基于此现状，本发明提供一种新的钛合金抗高温氧化涂层的制备方法。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种钛合金抗高温氧化涂层的制备方法，其具体制备步骤如下：

(1)用砂纸打磨基体的氧化皮，然后依次置于丙酮、无水乙醇中超声清洁，去除基体表面的油污、氧化物以及其他杂物，最后采用24#棕刚玉砂喷砂处理，喷砂压力为0.2～0.4MPa；

(2)采用超音速火焰喷涂在基体表面制备厚度为50～200μm的涂层；

(3)在步骤2制备的涂层表面蒸镀一层厚度为5～10μm的金属铝；

(4)热扩散处理上述沉积有金属铝的涂层。

步骤(2)所述超音速火焰喷涂的喂料是：TiA1₃破碎料或团聚粉末，粒径为15～40μm。

步骤(2)所述超音速火焰喷涂的参数是：燃烧室压力1.5～2.4MPa，氧气流量700～900L/min，煤油流量15～25L/h，喷枪移动速率700～1000mm/s，喷涂距离100～200mm。

所述蒸镀金属铝的参数是：蒸发功率10～12kW，蒸发时间为50～100s，真空度高于10^-4pa。

所述热扩散处理的条件是：700～950℃保温1～2h，升温速率为30℃/min，氩气气氛保护，流量为100～300L/h。