CN102912296A - TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高温涂层防护领域，特别涉及一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法。该材料由Ni、Al、Hf三种元素组成，其摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）。通过将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）的金属熔炼成合金料棒；采用电子束物理气相沉积技术制备涂层，在沉积的过程中，为了减少应力，适当控制沉积速率，使其在0.3 μm/min~1 μm/min之间，为了获得结合强度较高的涂层，基板温度控制在800 ℃~900 ℃之间。采用本发明方法所制备的涂层具有涂层表面光滑、厚度可控和晶体结构合理等优点，可以克服材料在高温的使用中的氧化问题。本发明也可适用于其他高温合金等金属，以及航空航天、电站和汽车等领域。

Description

TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高温涂层防护领域，特别涉及一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，对设备的减重和提高效率提出了更高的要求，开发和使用密度低、耐高温和高强度的材料成为一种发展趋势，TiAl基合金是一种新兴的金属化合物结构材料，它具有密度低，高的比强度和比弹性模量等优点，同时在高温下具有良好的力学性能，使其成为航天、航空及汽车用发动机耐热结构件侯选材料，然而，为了提高此类材料在高温下抗氧化性能，在TiAl基金属间化合物基体上制备抗氧化涂层，使其在高温下耐氧化具有重要的意义，NiAl既具有金属键又有共价键，存在优良的高温性能，使其成为航空航天领域有竞争力的材料，然而NiAl的缺点是塑性和韧性较差，Hf的加入能够明显的改善NiAl的韧性，NiAlHf涂层由于具有较好的抗高温氧化性能，因此受到人们的广泛关注，同时使其具有良好的抗氧化行为，并表现出优异的综合性能，电子束物理气相沉积技术作为涂层的制备方法之一倍受人们青睐，采用此方法所制备的涂层具有涂层表面光滑、厚度可控和晶体结构合理等优点，采用采用电子束物理气相沉积技术制备NiAlHf涂层对TiAl基合金进行防护，使其克服材料在高温的使用中的氧化问题，对于TiAl基合金在高温的使用具有重要的意义。

为了提高TiAl基金属间化合物在高温的抗氧化性，采用耐高温抗氧化涂层进行防护，从而使基体减轻被氧化程度，因此使用耐高温抗氧化涂层对提高TiAl基合金进行防护，对于提高其使用的性能具有重要的意义，采用NiAlHf作为耐高温抗氧化涂层进行防护，由于Hf的加入能够明显的改善NiAl的韧性，既发挥了NiAl合金的优良高温性能，又改善了其塑性和韧性较差的缺点，使其具有良好的抗氧化行为，并表现出优异的综合性能，因此受到人们的广泛关注，采用电子束物理气相沉积技术所制备的涂层，具有涂层表面光滑、厚度可控和晶体结构合理等优点，采用采用电子束物理气相沉积技术制备NiAlHf涂层对TiAl基合金进行防护，使其克服材料在高温的使用中的氧化问题，对于TiAl基合金在高温的使用具有重要的意义。

目前涂层的制备方法有很多，如：等离子喷涂和电子束物理气相沉积等技术，然而电子束物理气相沉积技术所制备的涂层倍受瞩目，主要由于它是以电子束作为热源的一种蒸镀方法，相对于其他薄膜制备方法，其蒸发速率高，几乎可以蒸发所有的物质，而且沉积得到的涂层与基体的结合强度高，所获得的组织为柱状晶结构。电子束功率易于调节，束斑尺寸和位置易于控制，有利于精确控制膜厚和均匀性，并且所获得的涂层具有良好的表面粗糙度，有良好的空气动力学性能而备受青睐。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法。

一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料，由Ni、Al、Hf三种元素组成，其摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）。

一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料的制备方法，其具体步骤如下：

将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）的金属熔炼成合金料棒；采用电子束物理气相沉积技术制备涂层，在沉积的过程中，为了减少应力，适当控制沉积速率，使其在0.3 μm/min~1 μm/min之间，为了获得结合强度较高的涂层，基板温度控制在800 ℃~900 ℃之间。

本发明的有益效果为：

采用NiAlHf作为防护涂层，在TiAl基金属间化合物基体上制备抗氧化涂层，对于提高其耐高温氧化性能具有重要的意义，NiAl既具有金属键又有共价键，存在优良的耐高温性能，使其成为航空航天领域的侯选材料，然而NiAl的缺点是塑性和韧性较差，Hf的加入能够明显的改善NiAl的韧性，NiAlHf涂层由于具有较好的抗高温氧化性能，因此受到人们的广泛关注，同时使其具有良好的抗氧化行为，并表现出优异的综合性能，电子束物理气相沉积技术作为涂层的制备方法之一倍受人们青睐，采用此方法所制备的涂层具有涂层表面光滑、厚度可控和晶体结构合理等优点，采用采用电子束物理气相沉积技术制备NiAlHf涂层对TiAl基合金进行防护，使其克服材料在高温的使用中的氧化问题，对于TiAl基合金在高温的使用具有重要的意义。同时本发明也可适用于其他高温合金等金属，以及航空航天、电站和汽车等领域。

具体实施方式

本发明提供了一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料及其制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：0.05的金属熔炼成Ф68 mm，长为200mm的合金料棒，放入电子束物理气相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在3×10^-2 Pa，以0.5 μm/min的速率进行沉积，基体材料为TiAl基金属间化合物或其它金属材料，为了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在850 ℃，涂层厚度控制在60 μm，将所制备好的试样冷却下来之后，放入真空热处理炉中进行热处理，其处理工艺为：升温速率为３ ℃/min，在3×10^-2 Pa条件下，1050 ℃下保温4小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的新型高温抗氧化侵蚀的涂层。

实施例2

将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：0.08的金属熔炼成Ф 68mm，长为200mm的合金料棒，放入电子束物理气相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在3×10^-2 Pa，以0.5 μm/min的速率进行沉积，基体材料为TiAl基金属间化合物或其他金属材料，为了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在900 ℃，涂层厚度控制在60 μm，将所制备好的试样冷却下来之后，放入真空热处理炉中进行热处理，其处理工艺为：升温速率为３ ℃/min，在3×10^-2 Pa条件下，1050℃下保温4小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的新型高温抗氧化侵蚀的涂层。

实施例3

将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：0.1的金属熔炼成Ф68 mm，长为200mm的合金料棒，放入电子束物理气相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在3×10^-2 Pa，以0.5 μm/min的速率进行沉积，基体材料为TiAl基金属间化合物或其他金属材料，为了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在850 ℃，涂层厚度控制在60 μm，将所制备好的试样冷却下来之后，放入真空热处理炉中进行热处理，其处理工艺为：升温速率为３ ℃/min，在3×10^-2 Pa条件下，1050℃下保温4小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的新型高温抗氧化侵蚀的涂层。

Claims (2)

1.一种TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料，其特征在于：该材料由Ni、Al、Hf三种元素组成，其摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）。

2.一种如权利要求1所述的TiAl基金属间化合物基体上抗氧化涂层材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

将摩尔比为Ni：Al：Hf=1：1：（0.05~0.1）的金属熔炼成合金料棒；采用电子束物理气相沉积技术制备涂层，在沉积的过程中，为了减少应力，适当控制沉积速率，使其在0.3 μm/min~1 μm/min之间，为了获得结合强度较高的涂层，基板温度控制在800 ℃~900 ℃之间。