[发明专利]一种控制钛合金热盐腐蚀疲劳的陶瓷膜制备方法

说明书

本发明涉及一种控制钛合金热盐腐蚀疲劳的陶瓷膜制备方法，提出了利用脉冲等离子体转化膜技术在钛合金表面制备TiO₂陶瓷膜层，并在模拟压气机叶片工况环境下进行热盐腐蚀疲劳试验，TiO₂陶瓷膜层十分有效地改善了钛合金的抗热盐腐蚀疲劳性能。

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理领域，具体是一种提高钛合金抗热盐腐蚀疲劳性能的表面处理方法。

背景技术

钛合金由于其优异的综合力学性能成为了航空发动机压气机叶片和盘的主选材料，但是发动机主要旋转件叶片的工作环境极其复杂，处于高温、高压和交变载荷多因素影响的工况环境中。对于海洋环境服役的飞机，航空发动机压气机叶片还遭受盐雾的侵蚀，故热-力-盐联合作用导致的热盐应力腐蚀和腐蚀疲劳成为航空发动机压气机钛合金叶片的主要失效模式之一。故研发钛合金热盐应力腐蚀和腐蚀疲劳表面防护技术对于提高航空发动机压气机服役性能十分重要。

目前针对有关金属材料热盐应力腐蚀和腐蚀疲劳的研究相对较少，目前研究主要集中在采用表面强化技术(激光冲击、超声喷丸等)，一方面在钛合金表面引入残余压应力从而缓解应力作用效果从而提高钛合金热盐应力腐蚀抗力；另一方面在钛合金表面形成超细晶或纳米晶改善热盐应力腐蚀及腐蚀疲劳机制减缓氢的产生从而抑制腐蚀损伤。但是表面也会产生损伤，加速裂纹的形成和腐蚀的发生，使得改善效果降低。同时表面涂镀技术在此方面研究发现要想改善钛合金热盐应力腐蚀性能首先需要涂镀层致密，在应力作用不致破裂形成缺陷。这就需要涂层元素属惰性金属，抗卤化物、硫化物腐蚀性能较好，且与钛合金热匹配度良好，不至于高温环境下发生剥落，有关涂层的选择和制备方法还需要进一步探索。

而脉冲等离子体转化膜技术是利用弧光放电产生的瞬时高温高压等离子体增强金属表面电化学反应，从而在钛与钛合金等材料表面生长出以基体金属氧化物为主并辅以电解液组分的复合陶瓷涂层。该技术具有操作简单和膜层功能可控的特点，而且工艺简便，环境污染小，是一项全新的绿色环保型材料表面处理技术。此外，通过电解液的优化和电参数及氧化时间的控制可制备不同厚度以及不同强韧性能的陶瓷涂层，有望显著提高钛合金抗热盐应力腐蚀和腐蚀疲劳性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明针对航空发动机叶片有关金属材料热盐应力腐蚀损伤，提出将脉冲等离子体转化膜技术应用于钛合金表面TiO₂陶瓷膜层制备，通过合理工艺参数调控获得了致密性好、厚度适中和结合强度高的TiO₂陶瓷膜层，实现了有效降低钛合金基材热盐应力腐蚀和腐蚀疲劳敏感性的应用目标。

本发明的技术方案是：一种控制钛合金热盐腐蚀疲劳的陶瓷膜制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对钛合金进行处理：依据钛合金依据标准将钛合金加工成旋转弯曲疲劳试样，再将试样清洗干净后吹干；

步骤2：对钛合金表面制备TiO₂陶瓷膜层，包括以下子步骤：

步骤2.1：调制电解液，其中成分为硅酸钠22～28g/L，六偏磷酸钠8～12g/L，氢氧化钠0.3～0.7g/L，四硼酸钠3～5g/L；

步骤2.2：将配制好的电解液倒入不锈钢槽中，用钛丝固定好试样后将其悬挂于电解液中，并使试样与阳极相连，不锈钢槽与阴极相连，之后采用脉冲等离子体转化膜技术对钛合金试样进行处理；处理时使电解液温度保持在15～30℃之间，并通过电动搅拌器搅拌溶液，降低溶液的浓差极化和温度的不均匀性；

步骤2.3：试验结束后，关闭电源，取出试样；

步骤2.4：冲洗试样以除去试样表面残留的电解液，之后用热风吹干，至此TiO₂陶瓷膜层制备完成。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中对试样依次用去污粉、清水、无水乙醇超声清洗干净。