[发明专利]一种分步制备钛合金表面TiSi2

说明书

本发明公开了一种分步制备钛合金表面TiSi₂+(Ni,Ti)Si复合涂层的方法，包括如下步骤：对钛合金表面预处理后，进行电镀处理，使得钛合金的表面得到厚度为10～100μm的镍镀层，然后浸没于渗剂中进行高温处理，最后冷却至室温，得到所述的复合涂层。本发明采用先电镀Ni涂层，然后扩散渗Si的分步方法，充分结合电镀和扩散渗的优势，能够在钛合金表面制备出Ni含量可控，组织均匀致密且与基体结合紧密的耐高温复合涂层，同时具有工艺简单且成本低廉等优势，适于生产和应用。

技术领域

本申请涉及材料技术领域领域，涉及一种金属材料表面改性技术，具体而言，涉及一种分步制备钛合金表面TiSi₂+(Ni,Ti)Si复合涂层的方法。

背景技术

钛合金的密度低、比强度和比刚度高且耐蚀性能优良，因而在航空航天、汽车能源以及生物医疗等各领域有着广泛的应用。但是，钛合金的高温抗氧化性能很不理想，当使用温度超过550℃以后，Ti与空气中的氧气及氮气会发生强烈的反应，所形成的TiO₂或TiN反应产物层疏松多孔且极易开裂，无法阻止O的向内扩散，因而高温防护性能很差，因此提高钛合金的高温抗氧化性能是促进其在航空航天等高温零部件中进一步应用的迫切需求。

用于提高合金抗氧化性能的方法主要有多元合金化和制备表面抗氧化涂层两种。其中，多元合金化虽然是改善钛合金高温抗氧化性能的有效途径，但为改善高温抗氧化性能而大量添加的合金化元素往往会对该合金的其它性能如综合力学性能带来不利影响。例如，添加高含量的Al能够在氧化时促进合金表面保护性Al₂O₃膜，但会导致合金的脆性显著增加；添加 Cr也能明显改善钛合金的高温抗氧化性能，但需要Cr的含量超过7at.％，这又会明显削弱其韧性。可见，采用多元合金化方法改善钛合金的高温抗氧化性能存在局限性。制备表面防护涂层是提高合金高温抗氧化性能的另一种有效途径，该方法的优点是既能起到高温抗氧化防护效果，又不会削弱合金在整体力学性能上的优势，因而获得了广泛研究。国内外科研工作者采用磁控溅射、激光熔覆、离子注入、等离子喷涂等多种工艺或复合工艺在钛合金表面制备了种类繁多的防护涂层体系，如TiAl基涂层(TiAl₃、 TiAl₂和TiAlCr等)、M-CrAlY(M代表Ni、Co和NiCo等)涂层、陶瓷涂层和硅化物涂层等。在这些涂层体系中，硅化物涂层的熔点高、密度低、热稳定性良好，并且在高温下能够形成流动性较强、具有自愈能力的SiO₂保护膜，因而高温抗氧化性能优良，TiSi₂就是其中典型的一种。此外，采用扩散渗Si的方法很容易在钛合金表面制备出与基体结合紧密的TiSi₂涂层，且工艺简单、成本低廉，这对于在服役过程中需要承受载荷的钛合金极具意义。但TiSi₂涂层也存在缺陷，表现在1)自身脆性较高，在服役过程中容易发生开裂甚至剥落；2)氧化过程中在形成SiO₂的同时，也会形成较多的疏松的TiO₂，削弱了氧化膜的防护性能。因此需要对TiSi₂涂层进行改性，以提高其韧性并抑制氧化过程中TiO₂的形成。

Ni是最常用的高温合金，自身具有优良的高温抗氧化性能，并且韧性良好，同时Ni和Si反应形成的NiSi₂、NiSi等也具有良好的抗氧化性能，因此适合用于TiSi₂的改性。但Ni的化学性质十分稳定，采用扩散渗的方法很难在钛合金表面制备出Ni改性的硅化物涂层，目前这方面的技术尚属空白。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，针对Ni改进钛合金表面硅化物涂层的技术空白，本发明采用先电镀Ni涂层，然后扩散渗Si的分步方法，充分结合电镀和扩散渗的优势，能够在钛合金表面制备出Ni含量可控，组织均匀致密且与基体结合紧密的耐高温复合涂层，同时具有工艺简单且成本低廉等优势，适于生产和应用。