CN108486631A - 一种提高钛基合金抗高温氧化的方法 - Google Patents

一种提高钛基合金抗高温氧化的方法 Download PDF

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夏俊捷
曹华珍
郑国渠
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Abstract

本发明公开了一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，所述方法以钛基合金作为阳极，通过活性元素改性阳极氧化膜来提高钛基合金抗高温氧化性能，所述活性元素为铈元素。本发明通过添加活性元素改性阳极氧化膜，相对于不含活性元素的电解液能以更低的阳极氧化电压和更短的阳极氧化时间达到抗高温氧化效果，解决了钛基合金高温抗氧化性差的技术难题，还缩短了氧化时间，减小氧化电压。由于氧化膜是原位生长的，与基体结合力好，并且制备工艺简单、成本低、操作方便、效率高、易于实现，在1000℃高温氧化下具有良好的抗氧化性能。

Description

一种提高钛基合金抗高温氧化的方法
技术领域
本发明属于金属材料高温抗氧化领域，具体涉及一种提高钛基合金抗高温氧化的方法。
背景技术
钛基合金具有低密度，高比强度，抗蚀性好以及优良的高温强度等优点，因此在航空航天工业、医学器械、化工行业等需要高温轻质材料的领域很有前景。然而钛基合金的抗高温氧化性不足限制了其在实际应用中的发展，而钛基合金抗高温氧化性不足的原因主要是在超过750℃的空气中会形成不具有保护作用的Al2O3和TiO2的氧化物混合层。
钛基合金研发问世至今已有数十年，为了解决钛基合金高温抗氧化性不足的问题，国内外主要采用的是合金化和表面处理的方法。相对于整体合金化，表面处理的方式可控性强且不影响基体的性能，阳极氧化工艺是一种多用途的表面处理技术，它是在外加电流的作用下在金属或合金表面进行电化学氧化，原位生长的膜成分分布均匀，与基体结合力好。另外，阳极氧化作为一种传统的表面处理方式，工艺技术较为成熟，利于实际应用的推广，其重点是研究出合适的阳极氧化电解液成分及工艺条件。目前已有相关报道证实磷酸体系中阳极氧化能提高钛基合金的高温抗氧化性能。然而在该体系中制备阳极氧化膜需要400 V的高电压，能耗大，而且其性能提高也仅限在800 ℃。因此，需要开发出新的阳极氧化体系，提高钛基合金在更高温度下的抗氧化性能。乙二醇是一种常见的有机溶剂，由于具有良好的溶解性，可以添加少量其它物质用于电化学相关研究，同时低廉的成本使其在工业应用上也有广泛的前景。金属钛属于较为稳定的金属，然而氟化物对钛具有腐蚀作用，通过在添加氟化物的乙二醇溶液常被用于制备TiO2纳米管。因此利用氟化物对钛的腐蚀作用，可以在钛基合金表面制备一层富Al氧化膜，在高温下可以形成连续致密的氧化铝膜，阻碍基体的进一步氧化；同时使用含铈溶液进行阳极电沉积，可在更低的电压下和更短的时间内达到抗高温氧化的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，通过活性元素改性阳极氧化膜来提高钛基合金抗高温氧化性能，相对于不含活性元素的电解液能以更低的阳极氧化电压和更短的阳极氧化时间达到抗高温氧化效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，所述方法以钛基合金作为阳极，通过活性元素改性阳极氧化膜来提高钛基合金抗高温氧化性能。
作为优选，所述活性元素为铈元素。
作为优选，所述方法包括以下步骤：以打磨清洗后的钛基合金试样作为阳极，石墨作为对电极，在电解液中采用恒电压模式阳极氧化，阳极氧化结束后取出钛基合金试样，清洗、吹干，制得阳极氧化处理后的钛基合金；所述电解液由铈盐和氟化物的乙二醇溶液组成。利用氟化物对钛的腐蚀作用，可以在钛基合金表面制备一层富Al氧化膜，在高温下可以形成连续致密的氧化铝膜，阻碍基体的进一步氧化；同时使用含铈溶液进行阳极电沉积，可在更低的电压下和更短的时间内达到抗高温氧化的效果。
作为优选，所述铈盐浓度为0.05~0.2mol/L，所述氟化物的乙二醇中氟化物的含量为0.1~10wt%。
作为优选，所述氟化物为氟化钠、氟化铵、氟化钾、氢氟酸、氟化钙、氟氢酸钾中的一种或者几种。
作为优选，所述铈盐为氯化铈、硝酸铈或硫酸铈中的任意一种。
作为优选，所述阳极和对电极的间距控制在1~10 cm，所述恒电压为1~60V，阳极氧化时间为1~60min。
作为优选，所述钛基合金为Ti-10Al、Ti-20Al、Ti-30Al、Ti-50Al、Ti-70Al、Ti-80Al或Ti-90Al中的任意一种。
作为优选，所述进行阳极氧化时电解液温度为25℃。
本发明所述打磨清洗后的钛基合金试样一般将钛基合金试样按照以下步骤进行打磨、清洗后得到：首先用砂纸将钛基合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗后热风吹干，制得打磨清洗后的钛基合金试样。所用的砂纸优选为60目铁砂纸。
本发明制得的阳极氧化处理后的钛基合金具有良好的抗高温氧化性能，可用于钛基合金抗高温氧化应用。
本发明的有益效果是：本发明通过添加活性元素改性阳极氧化膜，解决了钛基合金高温抗氧化性差的技术难题，还缩短了氧化时间，减小氧化电压。由于氧化膜是原位生长的，与基体结合力好，并且制备工艺简单、成本低、操作方便、效率高、易于实现，在1000℃高温氧化下具有良好的抗氧化性能。
附图说明
图1为未阳极氧化处理的钛基合金试样和阳极氧化处理后钛基合金在1000℃恒温氧化时单位面面积的增重随时间变化的动力学曲线图；其中，曲线1为未经阳极氧化处理的钛基合金试样，曲线2为0.1mol L-1 CeCl3·7H2O和0.5wt%氟化铵的乙二醇溶液中1V阳极氧化60min的Ti-50Al合金试样。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。本发明所用试剂均为常规时间或市购获得。
实施例1：
一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，首先用60目的铁砂纸将钛基合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗3min，最后用热风吹干，制得打磨清洗后的钛基合金试样。打磨清洗好的钛基合金试样（Ti-50Al）作为阳极，石墨电极作为对电极，电极间的间距为2.5cm，采用恒压模式阳极氧化，使用的阳极氧化电解液为0.1molL-1 CeCl3·7H2O和0.5wt%氟化铵的乙二醇溶液，电压设置为1V，温度使用水浴锅加热控制在25℃，阳极氧化60min后取出试样用去离子水淋洗后再用无水乙醇超声清洗3min，热风吹干。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例2：
一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，首先用60目的铁砂纸将钛基合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗3min，最后用热风吹干，制得打磨清洗后的钛基合金试样。打磨清洗好的钛基合金试样（Ti-10Al）作为阳极，石墨电极作为对电极，电极间的间距为1cm，采用恒压模式阳极氧化，使用的阳极氧化电解液为0.05molL-1 CeCl3·7H2O和0.1wt%氟化铵的乙二醇溶液，电压设置为60V，温度使用水浴锅加热控制在25℃，阳极氧化5min后取出试样用去离子水淋洗后再用无水乙醇超声清洗3min，热风吹干。
采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例3：
一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，首先用60目的铁砂纸将钛基合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗3min，最后用热风吹干，制得打磨清洗后的钛基合金试样。打磨清洗好的钛基合金试样（Ti-20Al）作为阳极，石墨电极作为对电极，电极间的间距为10cm，采用恒压模式阳极氧化，使用的阳极氧化电解液为0.2molL-1 CeCl3·7H2O和10wt%氟化铵的乙二醇溶液，电压设置为30V，温度使用水浴锅加热控制在25℃，阳极氧化30min后取出试样用去离子水淋洗后再用无水乙醇超声清洗3min，热风吹干
采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例4：
具体步骤同实施例1，所不同的是选用钛基合金Ti-30Al，改变恒电压为1V，阳极氧化时间为30min。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例5：
具体步骤同实施例1，所不同的是选用钛基合金Ti-70Al，铈盐为浓度为0.08 mol/L的硝酸铈。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例6：
具体步骤同实施例1，所不同的是选用钛基合金Ti-70Al，铈盐为浓度为0.08 mol/L的硫酸铈。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例7：
具体步骤同实施例1，所不同的是选用钛基合金Ti-80Al，改变阳极氧化电压为5V, 阳极氧化时间为30min。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例8：
具体步骤同实施例1，所不同的是选用钛基合金Ti-80Al，改变阳极氧化电压为15V, 阳极氧化时间为30min。采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1。
实施例9：
首先用60目的铁砂纸将钛基合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗3min，最后用热风吹干，制得打磨清洗后的钛基合金试样，并以此打磨清洗后的钛基合金试样作为未阳极氧化处理的钛基合金试样，采用1000℃恒温氧化100h后单位面积的增重来评估其高温抗氧化性能，具体结果如表1，其单位面积的增重随时间变为的动力学曲线如图1中曲线1所示。
表1 各实施例中试样实验结果：
实施例 增重mg/cm2
实施例1 0.44
实施例2 0.35
实施例3 0.47
实施例4 0.82
实施例5 0.76
实施例6 2.45
实施例7 0.56
实施例8 0.51
实施例9 85.57

Claims (9)

1.一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述方法以钛基合金作为阳极，通过活性元素改性阳极氧化膜来提高钛基合金抗高温氧化性能。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述活性元素为铈元素。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：以打磨清洗后的钛基合金试样作为阳极，石墨作为对电极，在电解液中采用恒电压模式阳极氧化，阳极氧化结束后取出钛基合金试样，清洗、吹干，制得阳极氧化处理后的钛基合金；所述电解液由铈盐和氟化物的乙二醇溶液组成。
4.根据权利要求3所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述铈盐浓度为0.05~0.2mol/L，所述氟化物的乙二醇中氟化物的含量为0.1~10wt%。
5.根据权利要求4所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述氟化物为氟化钠、氟化铵、氟化钾、氢氟酸、氟化钙、氟氢酸钾中的一种或者几种。
6.根据权利要求4所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述铈盐为氯化铈、硝酸铈或硫酸铈中的任意一种。
7.根据权利要求5或6所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述阳极和对电极的间距控制在1~10 cm，所述恒电压为1~60V，阳极氧化时间为1~60min。
8.根据权利要求7所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述钛基合金为Ti-10Al、Ti-20Al、Ti-30Al、Ti-50Al、Ti-70Al、Ti-80Al或Ti-90Al中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的一种提高钛基合金抗高温氧化的方法，其特征在于，所述进行阳极氧化时电解液温度为25℃。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109652838A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 浙江工业大学 一种钛铌合金表面阳极氧化着色的方法
CN111206241A (zh) * 2019-11-13 2020-05-29 中山大学 一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法
CN111235518A (zh) * 2019-11-13 2020-06-05 中山大学 一种高温氟化处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法
CN112126963A (zh) * 2020-09-10 2020-12-25 浙江工业大学 一种提高钛基合金抗高温氧化性能的改性方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608333A (zh) * 2008-06-16 2009-12-23 吴昊 钛合金电化学氧化液
CN103060881A (zh) * 2013-01-25 2013-04-24 北京科技大学 钛合金表面黑色抗高温氧化涂层制备方法
CN104532321A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 浙江工业大学 一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法
CN106086981A (zh) * 2016-07-12 2016-11-09 哈尔滨工业大学 一种改善Ti‑Al系合金抗氧化性能的表面多孔阳极氧化层的制备方法
US9677522B2 (en) * 2013-07-17 2017-06-13 Ford Global Technologies, Llc Fuel injector and method of making same
CN107557836A (zh) * 2017-09-07 2018-01-09 西北工业大学 TiAl合金表面阴极微弧等离子体电解沉积制备CeO2‑Al2O3复合陶瓷层的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608333A (zh) * 2008-06-16 2009-12-23 吴昊 钛合金电化学氧化液
CN103060881A (zh) * 2013-01-25 2013-04-24 北京科技大学 钛合金表面黑色抗高温氧化涂层制备方法
US9677522B2 (en) * 2013-07-17 2017-06-13 Ford Global Technologies, Llc Fuel injector and method of making same
CN104532321A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 浙江工业大学 一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法
CN106086981A (zh) * 2016-07-12 2016-11-09 哈尔滨工业大学 一种改善Ti‑Al系合金抗氧化性能的表面多孔阳极氧化层的制备方法
CN107557836A (zh) * 2017-09-07 2018-01-09 西北工业大学 TiAl合金表面阴极微弧等离子体电解沉积制备CeO2‑Al2O3复合陶瓷层的方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109652838A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 浙江工业大学 一种钛铌合金表面阳极氧化着色的方法
CN111206241A (zh) * 2019-11-13 2020-05-29 中山大学 一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法
CN111235518A (zh) * 2019-11-13 2020-06-05 中山大学 一种高温氟化处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法
CN111235518B (zh) * 2019-11-13 2022-04-15 中山大学 一种高温氟化处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法
CN112126963A (zh) * 2020-09-10 2020-12-25 浙江工业大学 一种提高钛基合金抗高温氧化性能的改性方法
CN112126963B (zh) * 2020-09-10 2022-03-29 浙江工业大学 一种提高钛基合金抗高温氧化性能的改性方法

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