[发明专利]一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛基合金件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛基合金件，包含钛基合金基体，以及依次层叠于钛基合金基体表面的掺镍的SiO₂层和掺镍的SiOC层。本发明所述钛基合金件上的涂层具有化学稳定性良好，韧性较高，耐磨性好，与基体之间具有优异的结合力，降低了涂层与基体的热膨胀系数之差，能显著提高钛基合金在900℃高温下的抗蠕变性能、抗热冲击性能、抗氧化性能。本发明还公开了所述钛基合金件的制备方法，本发明所述钛基合金件采用电沉积溶胶凝胶法，可以制备出结合力良好、厚度可控的SiO₂内涂层；同时与提拉法、喷涂或旋涂相结合制备了一层含碳量可控的SiOC外涂层，可填补了SiO₂涂层中的孔隙，形成更致密的复合涂层。

技术领域

本发明涉及金属表面改性技术领域，具体提供一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛基合金件极其制备方法。

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。但是当温度高于750℃时，TiAl合金在表面会形成以TiO₂为主的混合氧化膜。这种氧化膜结构疏松，无法起到保护作用，加速了TiAl合金的失效。

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Ti合金最重要的添加元素。理论上，随着Al元素的增加，Ti合金的抗高温氧化能力逐渐增强，但是过高的Al元素会导致脆性的TiAl₃产生，降低合金的力学性能。另外，添加第三种或多种合金元素，也能提高Ti合金的抗高温氧化能力。研究发现，添加Nb、Si、Mo、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。但是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。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。虽然离子注入法注入量可控、重复性较好，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，而且设备成本昂贵，生产效率低。防护涂层种类繁多，科研人员通过制备诸如Al、Al₂O₃、氮化物涂层、搪瓷涂层、玻璃陶瓷涂层等有效提高了Ti合金的抗高温氧化能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛基合金件及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有镍改性的硅基防护涂层的钛基合金件，包含钛基合金基体，以及依次层叠于钛基合金基体表面的掺镍的SiO₂层和掺镍的SiOC层。