[发明专利]γ-TiAl合金表面电子束复合等离子合金化处理方法

说明书

本发明公开了一种γ‑TiAl合金表面电子束复合等离子Ni‑Co‑Cr‑Al‑Si‑Pt‑Y合金化处理方法。本发明的处理方法包括以下步骤：(a)靶材为Ni‑Co‑Cr‑Al‑Si‑Pt‑Y靶材，靶材中各成分的质量百分比为15～20wt％Co，15～20wt％Cr，5～10wt％Al，2～4wt％Si，0～0.5wt％Pt，0～0.5wt％Y以及余量Ni，基体材料为γ‑TiAl合金；(b)在γ‑TiAl合金表面进行电子束预处理；(c)在γ‑TiAl合金表面进行双层辉光等离子Ni‑Co‑Cr‑Al‑Si‑Pt‑Y合金化，制备Ni‑Co‑Cr‑Al‑Si‑Pt‑Y合金层。本发明通过电子束预处理工艺对基体预处理，使双层辉光等离子表面合金化的工艺温度降低约200～250℃，同时所制备的Ni‑Co‑Cr‑Al‑Si‑Pt‑Y合金层中，元素的扩散深度显著增加，比较直接进行双层辉光等离子表面合金化的合金扩散层，厚度从3～5μm增加到7～9μm。

技术领域

本发明涉及一种合金材料表面处理方法，特别涉及一种γ-TiAl合金表面电子束复合等离子Ni-Co-Cr-Al-Si-Pt-Y合金化处理方法。

背景技术

TiAl基合金具有低密度、高弹性模量、高的比强度和抗蠕变性，使得其作为结构材料在航天、航空、化工、汽车等领域有广泛的应用前景，然而TiAl基合金性能上存在的如室温脆性等缺陷，限制了其更广泛的应用。目前已通过细化晶粒，添加合金元素使其形成(γ+α₂)双相合金，已基本达到实际应用对室温力学性能的要求，但TiAl基合金在高温下抗氧化性能不足仍然是限制其应用的突出问题。TiAl基合金抗氧化性能差是由于TiO₂和Al₂O₃的形成自由能较近，TiO₂的形成速度快于Al₂O₃的形成速度，TiO₂氧化膜呈疏松层状结构，因此TiAl基合金表面在高温下不能形成完整而致密的保护性氧化膜，限制了其在更高温度下的应用。

由于TiAl基合金表面抗高温氧化性不能满足使用要求，为了提高TiAl基合金的抗高温抗氧化性，有必要对TiAl基合金表面进行合适的处理。近些年，越来越多的表面改性技术的兴起，为TiAl基合金表面改性处理提供了许多思路和处理途径，而提高TiAl基合金表面抗高温氧化性的关键就是在合金表面形成保护性的氧化膜，因此提高TiAl基合金抗高温氧化能力的途径主要有三种，整体合金化、表面改性和高温涂层，但整体合金化对合金整体性能影响较大。表面改性方法包括离子注入技术、双层辉光等离子合金化技术和物理气相沉积技术等，通过对合金表面合金化处理，来得到更好的表面性能。高温涂层包括陶瓷类涂层，热障涂层(TBCs)和合金类MCrAlY系涂层等，在合金表面制备防护涂层，可以有效地提高合金表面的抗高温氧化性能。