[发明专利]一种钛合金SiOC涂层的制备方法

说明书

本发明属于金属材料抗高温氧化领域，具体涉及一种钛合金SiOC涂层的制备方法，本发明将烷氧基硅烷、无水乙醇与硝酸钾溶液混合，通过电沉积溶胶凝胶法制备得到一种钛合金SiOC涂层，该SiOC涂层化学稳定性良好，韧性较高，耐磨性好，与钛基合金基体之间具有优异的结合力，能显著提高钛基合金在800℃高温下的抗蠕变性能、抗热冲击性能、抗氧化性能。同时，本发明方法简单、操作方便、效率高、易于实现，制备的涂层与基体结合力良好。

技术领域

本发明属于金属材料抗高温氧化领域，具体涉及一种钛合金SiOC涂层的制备方法。

背景技术

近年来，随着航空航天、汽车、化学等工业的不断发展，耐高温腐蚀、低密度、力学性能优异的新型高温结构材料受到了人们广泛的关注。

TiAl基金属间化合物(简称TiAl合金)，具有密度低(3.7～4.2g/cm³，仅为目前商用Ni基合金的50％)，比强度、比高度高，高温抗蠕变性能好等优点，在航空航天、汽车、化工、等领域有着广泛的应用，尤其是航空航天领域，TiAl合金常用于制备燃烧发动机和航空发动机的部件，如涡轮叶片或压气机盘，在高温结构材料领域被认为是替代传统钛合金和镍基超合金的理想材料。但是，TiAl合金在室温下也有缺点，如低延性和热可变形性，但是更大的问题是，当温度高于700℃时，TiAl合金的表面会形成由TiO₂和Al₂O₃组成的混合氧化膜。但这种氧化膜结构疏松，无法起到保护作用，从而加速了TiAl合金的失效。

为了解决TiAl合金抗高温氧化性能不足的问题，国内外学者做出了许多有益的尝试，提出了合金化和表面改性等方法。TiAl合金的性能主要和化学成分和显微组织有关，其中Al元素是TiAl合金最重要的添加元素。理论上，随着Al元素的增加，TiAl合金的抗高温氧化能力逐渐增强，但是过高的Al元素会导致脆性TiAl₃的产生，反而会降低TiAl合金的力学性能。同时，添加第三元素或多种元素也能有效提高TiAl合金的抗高温氧化性能，研究发现，添加Nb、Si、Mo、Sn、Sb、B、Cr、Y等元素能促进Ti合金形成连续致密的Al₂O₃，阻止氧的内扩散，从而提高其抗高温氧化性能，其中Nb元素的加入是提高TiAl系合金的室温塑性和高温抗氧化性能的最有效的手段之一。但实际上合金化对材料抗高温氧化性能的提升很有限，而且第三元素的过量添加会导致材料的力学性能下降，同时提高生产成本。

表面改性技术，可以在不改变合金力学性能的前提下显著提高材料的抗高温氧化能力。比较常见的有离子注入和制备防护涂层等方法。目前，人们已成功通过离子注入法将卤素、Al、Si、Cr、Mo等元素添加到TiAl合金当中。虽然离子注入法具有注入量可控、重复性好，可进行精细分析等优点，但其对合金成分改变的深度仅在表面几百纳米的尺度范围内，而且设备昂贵、成本较高、生产效率低、工业化难度大。此外，还可以通过制备金属涂层、搪瓷涂层、玻璃涂层、陶瓷涂层、扩散涂层等防护涂层阻止氧气沿基体方向的扩散，从而提高TiAl合金的抗高温氧化性能。目前，虽然防护涂层的种类繁多，但这些涂层通常与基体膨胀系数不一致，结合力较差，且涂层内部的内应力较大，会由于互扩散在界面析出硬脆相、柯肯达尔孔洞等，致使涂层在服役过程中容易开裂和剥离，从而制约了这些涂层的应用。

鉴于此，本发明旨在提出一种适用于钛基合金的防护涂层的制备方法，以有效提高钛基合金的抗高温氧化性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种钛合金SiOC涂层的制备方法，所制备得到的SiOC涂层与钛基合金基体之间具有优异的结合力，能显著提高钛基合金在800℃高温下的抗蠕变性能、抗热冲击性能、抗氧化性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种钛合金SiOC涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、去除钛基合金表面的氧化皮，并清洗、干燥；