CN110295366B - 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法 - Google Patents

钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110295366B
CN110295366B CN201910635053.3A CN201910635053A CN110295366B CN 110295366 B CN110295366 B CN 110295366B CN 201910635053 A CN201910635053 A CN 201910635053A CN 110295366 B CN110295366 B CN 110295366B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
coating
titanium
titanium dioxide
aluminum oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910635053.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110295366A (zh
Inventor
刘林涛
李争显
李宏战
王彦峰
吕海兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Original Assignee
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research filed Critical Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority to CN201910635053.3A priority Critical patent/CN110295366B/zh
Publication of CN110295366A publication Critical patent/CN110295366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110295366B publication Critical patent/CN110295366B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/026—Anodisation with spark discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钛铝合金表面二氧化钛‑氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，包括覆盖在钛铝合金表面的具有多微孔结构的二氧化钛‑氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛‑氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；本发明还公开了上述复合抗氧化涂层的制备方法：将钛铝合金打磨清洗后依次采用微弧氧化法和电子束物理气相沉积法制备二氧化钛‑氧化铝涂层和镍铬铝涂层。本发明利用镍铬铝涂层中的Al与二氧化钛‑氧化铝涂层中的TiO2反应进而形成Al2O3阻挡层，抑制了钛铝合金与镍铬铝涂层间的元素互扩散，提高了复合抗氧化涂层在高温环境中的抗氧化性能和服役寿命；本发明制备工艺过程简单，适于推广应用。

Description

钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其 制备方法
技术领域
本发明属于材料表面涂层技术领域，具体涉及一种钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法。
背景技术
与传统高温合金相比，钛铝合金具有更低的密度、更高的强度、更好的耐热性能，综合力学性能介于金属材料和陶瓷材料之间，其比弹性模量超过现在所用结构材料50％以上，比强度在700℃～1000℃范围内高于钛合金和多晶镍基合金的比强度，甚至可以与单晶镍基合金相媲美。由于钛铝合金具有的一系列独特的物理及力学性能，使其成为航空发动机高温结构部件的最具潜力的合金之一。但是，由于航空发动机中的高温高气流环境的作用，钛铝合金在服役过程中会发生强烈的氧化行为，因此，钛铝合金的抗高温氧化性能成为决定其服役寿命的关键因素之一。
采用高温防护涂层技术进行保护，是提高钛铝合金抗氧化性能最为有效、可靠的方法，国内外研究者对此进行了大量的研究。例如：文献(金属学报,2003；39(7):744-748)中报道了在钛合金表面采用渗硅处理制备Al-Si涂层提高钛铝合金抗氧化性能的方法，研究发现，Si元素能与Ti元素结合，降低Ti的活度相对增强了涂层中Al元素的活度，而且涂层中Al的相对含量也明显提高，使表面形成了致密的Al2O3膜层，从而提高了钛铝合金的抗氧化性能。发明专利ZL201210420890.2介绍了一种将添加材料加入到型壳的面层涂料中，使熔化的TiA1合金熔体浇注进型壳内部后，面层涂料中加入的添加材料与TiA1合金熔体进行适当的反应和扩散，在TiA1合金铸件的表面形成保护层的方法。该方法能够减小TiA1合金铸件在使用过程中的氧化行为，改善TiA1合金的高温抗氧化性，使TiA1合金能够在更高温度、更长时间下使用。
如上所述，目前报道的高温防护涂层一般分为铝化物涂层或陶瓷涂层两类，这两类涂层虽然对钛铝合金的抗氧化性能都有一定的积极作用，但也都存在着显著的缺陷。其中，铝化物涂层由于涂层与基体成分的差异，会出现元素互扩散现象，从而导致涂层在高温环境中的过早失效。而陶瓷涂层则会由于与基体热膨胀系数的差异，使其抗热震性能较差，导致涂层在热循环过程中的过早失效。因此，目前钛铝合金表面抗氧化涂层的制备方法都存在一定的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层。该复合抗氧化涂层在钛铝合金表面与镍铬铝涂层之间设置二氧化钛-氧化铝涂层，利用镍铬铝涂层中的Al与二氧化钛-氧化铝涂层中的TiO2发生界面反应生成Al2O3，进而形成Al2O3阻挡层，有效抑制了钛铝合金基体与镍铬铝涂层之间的元素互扩散现象，提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境中的抗氧化性能和服役寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，包括覆盖在钛铝合金表面的二氧化钛-氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛-氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层具有多微孔结构。
镍铬铝涂层具有良好的韧性和抗热疲劳强度，在高温下表现优异的抗氧化性能。本发明在钛铝合金表面与镍铬铝涂层(即NiCrAl涂层)之间设置二氧化钛-氧化铝涂层(即TiO2-Al2O3涂层)，在高温环境中，镍铬铝涂层中的Al容易扩散进入具有多微孔结构的二氧化钛-氧化铝涂层中并与二氧化钛-氧化铝涂层中的TiO2发生界面反应生成Al2O3，联合二氧化钛-氧化铝涂层中的Al2O3共同形成Al2O3阻挡层，有效抑制了钛铝合金基体与镍铬铝涂层之间的元素互扩散现象，保证了最外层的镍铬铝涂层的抗氧化性能，同时，二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金基体的成分差异性较小，不会出现元素互扩散现象，起到了很好的扩散阻拦层的作用，进一步抑制了钛铝合金基体与镍铬铝涂层之间的元素互扩散现象，避免了二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境中的过早失效，因此，本发明的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境中的抗氧化性能和服役寿命均得到提高，从而使钛铝合金能够在700℃～900℃的高温条件下长时间下使用。
另外，本发明的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境下，二氧化钛-氧化铝涂层与镍铬铝涂层形成化学键结合，提高了二氧化钛-氧化铝涂层与镍铬铝涂层的紧密结合程度，少了结合界面缺陷，使得各涂层不易剥落，提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的抗热震性能。
上述的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，所述多微孔结构的孔径不超过1μm。具有上述多微孔结构的二氧化钛-氧化铝涂层有利于镍铬铝涂层中的Al的扩散进入，与TiO2发生界面反应生成Al2O3，更好地形成Al2O3阻挡层，进一步有效抑制了钛铝合金基体与镍铬铝涂层之间的元素互扩散现象，从而保证了最外层的镍铬铝涂层的抗氧化性能。
另外，本发明还提供了一种钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对钛铝合金进行逐级打磨，然后进行超声波清洗；
步骤二、采用微弧氧化法在步骤一中经超声波清洗后的钛铝合金的表面上制备二氧化钛-氧化铝涂层；
步骤三、采用电子束物理气相沉积法在步骤二中制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面上制备镍铬铝涂层，在钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层。
本发明依次采用微弧氧化法和电子束物理气相沉积法，在钛铝合金表面分别制备二氧化钛-氧化铝涂层和镍铬铝涂层，在钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其中，采用微弧氧化法在钛铝合金表面得到具有多微孔结构的二氧化钛-氧化铝涂层，且二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金表面之间形成冶金结合，提高了二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金基体的紧密结合程度，减少了界面缺陷，避免了涂层的剥落，进一步提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的抗热震性能，本发明的制备工艺过程简单，可重复性良好，易于操作，适于推广应用。
上述的方法，其特征在于，步骤一中依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂纸对钛铝合金进行逐级打磨，步骤一中所述超声波清洗采用的清洗剂为丙酮，超声波清洗的时间为10min。采用上述水磨砂纸进行打磨，并结合丙酮超声清洗，使钛铝合金表面纯净无杂质，可达到微弧氧化制备涂层的要求，且方法简单，成本较低。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述二氧化钛-氧化铝涂层的厚度为5μm～15μm，所述微弧氧化法的工艺参数为：放电为恒压模式，占空比5％～20％，电压400V～550V，频率300Hz～650Hz，电解液为硅酸盐体系溶液，氧化放电时间为3min～15min。该厚度的二氧化钛-氧化铝涂层能够保证镍铬铝涂层中的Al与二氧化钛-氧化铝涂层中的TiO2发生界面反应生成Al2O3，从而形成Al2O3阻挡层，提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境下的抗氧化性能及服役寿命；上述微弧氧化法的工艺参数保证了上述厚度二氧化钛-氧化铝涂层的实现。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述镍铬铝涂层的厚度为30μm～70μm；所述电子束物理气相沉积法的工艺参数为：沉积室真空度小于3×10-3Pa，沉积温度600℃～900℃，NiCrAl靶材的蒸发电流0.6A～1.2A，旋转速度5r/min～15r/min，靶基距200mm～500mm。该厚度的镍铬铝涂层保证了为镍铬铝涂层中的Al与二氧化钛-氧化铝涂层中的TiO2发生界面反应生成Al2O3提供足量的铝源，同时保证了镍铬铝涂层中有足量的Al在镍铬铝涂层外表面形成致密稳定的Al2O3保护膜，阻挡了外界中的氧向基体方向扩散，有效保证了镍铬铝涂层的抗氧化性能；上述电子束物理气相沉积法的工艺参数保证了上述厚度二氧化钛-氧化铝涂层的实现，同时提高了镍铬铝涂层与二氧化钛-氧化铝涂层之间的结合力。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在钛铝合金表面与镍铬铝涂层之间设置二氧化钛-氧化铝涂层，利用镍铬铝涂层中的Al容易扩散进入具有多微孔结构的二氧化钛-氧化铝涂层中并与TiO2发生界面反应生成Al2O3，联合二氧化钛-氧化铝涂层中的Al2O3共同形成Al2O3阻挡层，有效抑制了钛铝合金基体与镍铬铝涂层之间的元素互扩散现象，同时，二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金基体不会出现元素互扩散现象，避免了二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境中的过早失效，因此，本发明的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温环境中的抗氧化性能和服役寿命均得到提高。
2、本发明的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层中的二氧化钛-氧化铝涂层与镍铬铝涂层在高温环境中形成化学键结合，提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层中各涂层的紧密结合程度，减少了结合界面缺陷，使得各涂层不易剥落，提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的抗热震性能。
3、本发明钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层在高温工作条件下，镍铬铝涂层中的Al在镍铬铝涂层外表面形成致密稳定的Al2O3保护膜，阻挡了外界中的氧向基体方向扩散，有效保证了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的高温环境中的抗氧化性能。
4、本发明采用微弧氧化法在钛铝合金表面得到具有多微孔结构的二氧化钛-氧化铝涂层，二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金表面之间形成冶金结合，提高了二氧化钛-氧化铝涂层与钛铝合金基体的紧密结合程度，进一步提高了钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的抗热震性能。
5、本发明的制备工艺过程简单，可重复性良好，易于操作，适于推广应用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面电镜图。
图2是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝涂层的截面电镜图。
图3是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝的X射线衍射图。
图4是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的表面电镜图。
图5是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的截面电镜图。
图6是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后的表面电镜图。
图7是本发明实施例1中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后的截面电镜图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层包括覆盖在Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面的二氧化钛-氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛-氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层具有多微孔结构，该多微孔结构的孔径不超过1μm。
本实施例的Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂纸对Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金进行逐级打磨，然后放入丙酮中进行超声波清洗10min；
步骤二、采用微弧氧化法在步骤一中经超声波清洗后的Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备二氧化钛-氧化铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层的厚度为15μm，所述微弧氧化法的工艺参数为：放电为恒压模式，占空比20％，电压550V，频率650Hz，电解液为硅酸盐体系溶液，每升所述硅酸盐体系溶液中含20g硅酸钠，2g氢氧化钠，5g柠檬酸钠，氧化放电时间为15min；
步骤三、采用电子束物理气相沉积法在步骤二中制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面上制备镍铬铝涂层，最终在Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层；所述镍铬铝涂层的厚度为45μm；所述电子束物理气相沉积法的工艺参数为：沉积室真空度小于3×10-3Pa，沉积温度800℃，NiCrAl靶材的蒸发电流0.8A，旋转速度10r/min，靶基距300mm。
图1是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面电镜图，从图1可以看出，该二氧化钛-氧化铝涂层表面较为粗糙，且表现为多微孔结构。
图2是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝涂层的截面电镜图，从图2可以看出，本实施例采用微弧氧化制备的二氧化钛-氧化铝涂层的厚度约为15μm，二氧化钛-氧化铝涂层与Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金基体结合良好。
图3是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金的表面上制备的二氧化钛-氧化铝的X射线衍射图，从图3可以看出，本实施例采用微弧氧化制备的二氧化钛-氧化铝涂层的物相结构主要为Al2O3，TiO2和Ti3O5。
图4是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的表面电镜图，从图4可以看出，本实施例采用电子束物理气相沉积法制备的镍铬铝涂层为柱状晶结构，且涂层表面较为均匀。
图5是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的截面电镜图，从图5可以看出本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的层次分明，界面连续，各层间的结合紧密，二氧化钛-氧化铝涂层的厚度约为15μm，镍铬铝层的厚度约为45μm。
图6是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后的表面电镜图，从图6可以看出，经过高温长时间的氧化处理后，本实施例的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层表面仍较为致密。
将图6与图4比较可知，本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层中原本较多的孔隙在氧化后消失，且表面变得较为粗糙，说明在900℃恒温氧化过程中，镍铬铝表面形成了连续致密的Al2O3保护膜，起到了高温抗氧化的作用。
图7是本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后的截面电镜图，从图7可以看出本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后仍然保持双层结构未发生剥落，且各层界面之间结合良好，未发生涂层的开裂、剥落。
将图7与图5比较可知，本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层经900℃/100h恒温氧化处理后，各涂层的厚度基本未发生变化，各层间也没有出现互扩散反应区，说明本实施例中Ti48Al2Cr2Nb钛铝合金表面得到的二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的抗高温氧化性能良好，服役寿命得到延长。
实施例2
本实施例的Ti45Al8Nb钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层包括覆盖在Ti45Al8Nb钛铝合金表面的二氧化钛-氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛-氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层具有多微孔结构，该多微孔结构的孔径不超过1μm。
本实施例的Ti45Al8Nb钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂纸对Ti45Al8Nb钛铝合金进行逐级打磨，然后放入丙酮中进行超声波清洗10min；
步骤二、采用微弧氧化法在步骤一中经超声波清洗后的Ti45Al8Nb钛铝合金的表面上制备二氧化钛-氧化铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层的厚度为5μm，所述微弧氧化法的工艺参数为：放电为恒压模式，占空比5％，电压400V，频率300Hz，电解液为硅酸盐体系溶液，每升所述硅酸盐体系溶液中含20g硅酸钠，2g氢氧化钠，5g柠檬酸钠，氧化放电时间为3min；
步骤三、采用电子束物理气相沉积法在步骤二中制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面上制备镍铬铝涂层，最终在Ti45Al8Nb钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层；所述镍铬铝涂层的厚度为30μm；所述电子束物理气相沉积法的工艺参数为：沉积室真空度小于3×10-3Pa，沉积温度600℃，NiCrAl靶材的蒸发电流0.6A，旋转速度5r/min，靶基距200mm。
实施例3
本实施例的Ti47Al2W0.5Si钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层包括覆盖在Ti47Al2W0.5Si钛铝合金表面的二氧化钛-氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛-氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层具有多微孔结构，该多微孔结构的孔径不超过1μm。
本实施例的Ti47Al2W0.5Si钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂纸对Ti47Al2W0.5Si钛铝合金进行逐级打磨，然后放入丙酮中进行超声波清洗10min；
步骤二、采用微弧氧化法在步骤一中经超声波清洗后的Ti47Al2W0.5Si钛铝合金的表面上制备二氧化钛-氧化铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层的厚度为10μm，所述微弧氧化法的工艺参数为：放电为恒压模式，占空比10％，电压500V，频率500Hz，电解液为硅酸盐体系溶液，每升所述硅酸盐体系溶液中含20g硅酸钠，2g氢氧化钠，5g柠檬酸钠，氧化放电时间为10min；
步骤三、采用电子束物理气相沉积法在步骤二中制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面上制备镍铬铝涂层，最终在Ti47Al2W0.5Si钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层；所述镍铬铝涂层的厚度为70μm；所述电子束物理气相沉积法的工艺参数为：沉积室真空度小于3×10-3Pa，沉积温度900℃，NiCrAl靶材的蒸发电流1.2A，旋转速度15r/min，靶基距500mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，包括覆盖在钛铝合金表面的二氧化钛-氧化铝涂层和覆盖在二氧化钛-氧化铝涂层上的镍铬铝涂层；所述二氧化钛-氧化铝涂层具有多微孔结构，多微孔结构的孔径不超过1μm；该钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层由包括以下步骤的方法制备得到：
步骤一、对钛铝合金进行逐级打磨，然后进行超声波清洗；
步骤二、采用微弧氧化法在步骤一中经超声波清洗后的钛铝合金的表面上制备二氧化钛-氧化铝涂层；
步骤三、采用电子束物理气相沉积法在步骤二中制备的二氧化钛-氧化铝涂层的表面上制备镍铬铝涂层，在钛铝合金表面得到二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层。
2.根据权利要求1所述的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，步骤一中依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂纸对钛铝合金进行逐级打磨，步骤一中所述超声波清洗采用的清洗剂为丙酮，超声波清洗的时间为10min。
3.根据权利要求1所述的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，步骤二中所述二氧化钛-氧化铝涂层的厚度为5μm～15μm，所述微弧氧化法的工艺参数为：放电为恒压模式，占空比5％～20％，电压400V～550V，频率300Hz～650Hz，电解液为硅酸盐体系溶液，氧化放电时间为3min～15min。
4.根据权利要求1所述的钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层，其特征在于，步骤三中所述镍铬铝涂层的厚度为30μm～70μm；所述电子束物理气相沉积法的工艺参数为：沉积室真空度小于3×10-3Pa，沉积温度600℃～900℃，NiCrAl靶材的蒸发电流0.6A～1.2A，旋转速度5r/min～15r/min，靶基距200mm～500mm。
CN201910635053.3A 2019-07-15 2019-07-15 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法 Active CN110295366B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910635053.3A CN110295366B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910635053.3A CN110295366B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110295366A CN110295366A (zh) 2019-10-01
CN110295366B true CN110295366B (zh) 2020-12-11

Family

ID=68031190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910635053.3A Active CN110295366B (zh) 2019-07-15 2019-07-15 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110295366B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100421948B1 (ko) * 2001-07-06 2004-03-12 학교법인 포항공과대학교 복합코팅된 티타늄 알루미나이드계 합금
CN101748404B (zh) * 2010-01-08 2011-06-01 南京航空航天大学 具有微孔过渡层的涂层结构的制备方法
CN102154644B (zh) * 2011-03-18 2013-03-06 中国兵器工业第五九研究所 一种轻合金元件复合涂层的制备方法
CN104674218B (zh) * 2015-03-21 2017-05-31 西北有色金属研究院 一种钛基体表面高温抗氧化复合涂层的制备方法
CN105839061B (zh) * 2016-03-28 2018-11-09 南京航空航天大学 γ-TiAl合金表面的NiCoCrAlY/ZrO2复合涂层及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110295366A (zh) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR840001683B1 (ko) 내구성세라믹 열차단피막을 코우팅한 금속제품의 제조방법
CN109763125B (zh) 一种耐高温磨损的高熵合金涂层及其制备工艺、应用
EP1548153A2 (en) Process for producing multilayer coating with high abrasion resistance
CN110257780B (zh) 一种多元合金靶材、多元金属/氮化物复合涂层及其制备方法
CN113652659B (zh) 一种与基体冶金结合的高熵合金氮化物涂层的制备方法
CN108517518B (zh) 一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法
CN107523778A (zh) 硼化铪复合涂层的制备方法
CN112981320A (zh) 一种钛合金表面复合涂层及其制备方法
CA2868953C (fr) Procede d'obtention d'un revetement d'aluminiure de nickel de type .beta.-nia1 sur un substrat metallique, et piece munie d'un tel revetement
JP2004001215A (ja) 切削体、その製造方法およびその使用
Crespo-Villegas et al. Protective TixSiy coatings for enhanced oxidation resistance of the ɣ-TiAl alloy at 900 C
CN111485197A (zh) 一种γ-TiAl基合金表面抗高温腐蚀冲蚀涂层及其制备方法
CN110295366B (zh) 钛铝合金表面二氧化钛-氧化铝/镍铬铝复合抗氧化涂层及其制备方法
CN102758201A (zh) 镁合金表面兼具耐蚀润滑特性的复合涂层及其制备方法
CN108220957B (zh) 一种钛合金表面耐高温涂层及其制备方法
CN105436643A (zh) 一种氧化铝陶瓷的铝或铝合金直接钎焊方法
CN114318202B (zh) 一种镍基合金表面耐磨涂层及其制备方法
JP3081765B2 (ja) 炭素部材およびその製造方法
CN114951656B (zh) 一种高熵合金-陶瓷涂层复合材料的制备方法
CN112553625B (zh) 一种活性元素Hf改性的β-NiAl涂层及其制备工艺
JP4313459B2 (ja) 高温被曝部材およびその製造方法
US5080981A (en) Nickel-containing alloys as an adhesive layer bonding metal substrates to ceramics
CN114875360A (zh) 一种抗高温氧化的NiAl/AlSiON多层复合涂层及制备方法
CN115110024B (zh) 一种含有活性元素改性作用Re基扩散障的MCrAlY涂层及其制备方法
JP2019536905A (ja) ニッケル基単結晶超合金基材を含む部品およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant