CN110699722B - 一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法 - Google Patents

一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法，属于冶金技术领域，其工艺步骤为：(1)采用无水氯化钙为熔盐电解质，二氧化硅以及二氧化钛为原料，氧化钙为助溶剂，形成电沉积系统；(2)以石墨片作为阴极，石墨棒作为阳极，在850℃恒电流/恒电压条件下电沉积制备Ti5Si3高温合金膜；(3)本发明可通过周期性加入二氧化硅以及二氧化钛原料，实现连续制备厚度可调的Ti5Si3高温合金膜。本发明可在较低温度(850℃)条件下，实现直接制备超高熔点高温合金致密膜/镀层，同时可通过改变电流密度、电沉积时间等参数来实现对薄膜厚度及微观形貌的控制。本发明方法具有流程短、能耗低等特点。

Description

一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法。
背景技术
Ti5Si3作为钛和硅的典型的金属间化合物，具有高熔点(2123℃)、高强度、高硬度和良好的高温抗氧化性、抗蠕变性等特点，广泛应用于航天航空、电子器件材料、镀膜材料等领域。
目前，制备Ti5Si3粉体的方法有很多，例如自蔓延高温合成(SHS)、机械合金化(MA)、放电等离子烧结(SPS)等。但是，Ti5Si3高温合金膜的制备一直是个难题，其主要原因是超高熔点使得很难在融化条件下制备Ti5Si3高温合金膜。现阶段制备Ti5Si3膜的方法主要有热蒸发法和常压化学气相沉积法(APCVD)。其中，热蒸发法是通过对原料进行加热至气化，然后沉积在基体表面；该工艺可制备高纯的Ti5Si3膜，但是所需设备价格昂贵，可控程度低。APCVD法具有生产成本低、装置简单，镀膜面积广；但是该技术对反应体系的要求严苛，沉积产物的收集过程复杂，膜的质量可控性差。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是发明一种对反应体系要求简单，沉积产物收集简单，Ti5Si3膜质量可靠性高的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：
a.熔盐电解质的预处理：以无水CaCl2为熔盐介质，SiO2、TiO2为原料，CaO 为辅助溶剂，将CaCl2-(2-5％)SiO2-(1-5％)TiO2-(2-5％)CaO(质量百分比)加入氧化铝坩埚或石英坩埚中，然后在真空或惰性气氛保护下加热，保温以去除熔盐中的结晶水；再在惰性气氛保护下加热至850℃，保温24–48h，使SiO2、TiO2原料在熔盐介质中充分溶解形成电沉积体系；
b.预电解除杂：放入石墨棒作为阳极和阴极，将电压调至2.5V进行预电解，预电解时间为1–4h；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：采用石墨棒为阳极，阴极基体在惰性气氛保护气氛下及电流密度5–30mA/cm2条件下进行熔盐电沉积。
进一步地，所述步骤b，预电解可根据需要重复多次。
进一步地，所述步骤c中，电沉积时间1–24h可调从而直接获得不同厚度 Ti5Si3高温合金膜。
进一步地，所述步骤c中的电沉积过程，可以通过改变电流密度和电沉积时间来控制产物的厚度及微观形貌，获得致密Ti5Si3高温合金膜。
进一步地，可通过周期性加入二氧化硅以及二氧化钛原料，实现连续制备厚度可调的Ti5Si3高温合金膜。
进一步地，添加的二氧化硅以及二氧化钛原料为微/纳米粉。
进一步地，还可以制备Ti5Si3高温合金粉末。
进一步地，所述阴极基体可为石墨及金属/合金等基体。
进一步地，所述真空或惰性气氛保护下加热至400–600℃。
进一步地，所述保温以去除熔盐中的结晶水的时间为12–24h。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：工艺流程短、能耗低、无污染、制备成本低、产品可控性好；可以在低温(850℃)条件下直接由低廉原料(SiO2和TiO2)电沉积制备Ti5Si3高温合金膜和Ti5Si3粉体两种产物，其厚度、微观形貌均可调控。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例一制备的Ti5Si3高温合金膜的SEM图；
图2是本发明一个较佳实施例一制备的Ti5Si3高温合金膜横截面的EDS面扫图；
图3是本发明一个较佳实施例一制备的Ti5Si3高温合金膜的XRD图；
图4是本发明一个较佳实施例二制备的Ti5Si3高温合金膜横截面的SEM图；
图5是本发明一个较佳实施例三制备的Ti5Si3高温合金膜横截面的SEM图；
图6是本发明一个较佳实施例四制备的Ti5Si3高温合金膜横截面的SEM图；
图7是本发明一个较佳实施例五制备的枝状Ti5Si3的SEM图；
图8是本发明一个较佳实施例五制备的枝状Ti5Si3的EDS图；
图9是本发明一个较佳实施例六制备的颗粒状Ti5Si3的SEM图及EDS图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。
本发明一个较佳实施例一：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：以100g无水CaCl2为熔盐介质，2.0g SiO2及2.0g TiO2为原料，2.0g CaO为辅助溶剂，将以上物质加入石英坩埚中，然后放置于竖式电阻炉。在真空中加热至400–500℃，保温12–24h以去除熔盐中的结晶水；再在高纯氩气保护下加热至850℃，保温24–48h，使SiO2和TiO2原料在熔盐介质中充分溶解；
b.预电解除杂：以两根石墨棒作为阴极和阳极，在2.5V条件下进行预电解，预电解时间为4h；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在高纯氩气保护气氛下，将电流密度调至15mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积4h 后得到产物。其SEM图如图1所示，EDS面扫能谱图如图2所示，XRD图如图3 所示，证明沉积获得的是Ti5Si3膜。
本发明一个较佳实施例二：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：本步骤与实施例一相同；
b.预电解除杂：本步骤与实施例一相同；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在氩气保护气氛下，将电流密度调至～15mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积1h后得到产物，其SEM图如图4所示。
本发明一个较佳实施例三：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：本步骤与实施例一相同；
b.预电解除杂：本步骤与实施例一相同；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在氩气保护气氛下，将电流密度调至15mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积3h后得到产物，其SEM图如图5所示。
本发明一个较佳实施例四：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：本步骤与实施例一相同；
b.预电解除杂：本步骤与实施例一相同；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在氩气保护气氛下，将电流密度调至15mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积5h后得到产物，其SEM图如图6所示。
本发明一个较佳实施例五：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：本步骤与实施例一相同；
b.预电解除杂：本步骤与实施例一相同；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在氩气保护气氛下，将电流密度调至10mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积3h后得到枝状产物，其SEM图如图7所示，EDS图如图8所示。
本发明一个较佳实施例六：
在本实施例中，主要介绍一种采用低温熔盐电沉积直接制备Ti5Si3高温合金膜的方法，具体操作步骤如下：
a.熔盐电解质的预处理：本步骤与实施例一相同；
b.预电解除杂：本步骤与实施例一相同；
c.电沉积Ti5Si3高温合金粉末：以高纯石墨片为阴极基体，石墨棒为阳极，在氩气保护气氛下，将电流密度调至25mA/cm2，进行熔盐电沉积，电沉积3h后得到颗粒状产物，其SEM图及EDS面扫能谱图如图9所示。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：工艺流程短、能耗低、无污染、制备成本低、产品可控性好；可以在850℃条件下直接由低廉原料(SiO2和TiO2) 电沉积制备Ti5Si3高温合金膜和Ti5Si3粉体两种产物，其厚度、微观形貌均可调控。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：
a.熔盐电解质的预处理：以无水CaCl2为熔盐介质，SiO2、TiO2为原料，CaO为辅助溶剂，将CaCl2-(2-5wt％)SiO2-(1-5wt％)TiO2-(2-5wt％)CaO加入氧化铝坩埚或石英坩埚中，然后在真空或惰性气氛保护下加热，保温以去除熔盐中的结晶水；再在惰性气氛保护下加热至850℃，保温24–48h，使SiO2、TiO2原料在熔盐介质中充分溶解形成电沉积体系；
b.预电解除杂：放入石墨棒作为阳极和阴极，将电压调至2.5V进行预电解，预电解时间为1–4h；
c.电沉积Ti5Si3高温合金膜：采用石墨棒为阳极，阴极基体在惰性气氛保护气氛下及电流密度5–15mA/cm2条件下进行熔盐电沉积；
所述步骤c中的电沉积过程，可以通过改变电流密度和电沉积时间来控制产物的厚度及微观形貌，获得致密Ti5Si3高温合金膜；
所述阴极基体为石墨或金属/合金基体中的一种。
2.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，所述步骤b，预电解可根据需要重复多次。
3.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，所述步骤c中，电沉积时间1–24h可调从而直接获得不同厚度Ti5Si3高温合金膜。
4.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，可通过周期性加入二氧化硅以及二氧化钛原料，实现连续制备厚度可调的Ti5Si3高温合金膜。
5.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，添加的二氧化硅以及二氧化钛原料为微/纳米粉。
6.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，所述真空或惰性气氛保护下加热至400–600℃。
7.根据权利要求1所述的制备Ti5Si3高温合金膜的方法，其特征在于，所述保温以去除熔盐中的结晶水的时间为12–24h。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114232033A (zh) * 2021-12-24 2022-03-25 上海大学 一种高温熔盐电沉积制备高纯铁的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4662998A (en) * 1985-12-12 1987-05-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electrodeposition of refractory metal silicides
SU1696591A1 (ru) * 1989-03-03 1991-12-07 Институт общей и неорганической химии АН УССР Способ получени силицидов титана
CN101928964A (zh) * 2010-01-21 2010-12-29 上海大学 由含钛高炉渣直接制备Ti5Si3高温合金的方法及其电解槽装置
CN107021491A (zh) * 2017-05-31 2017-08-08 华北电力大学（保定） 一种Ti5Si3金属间化合物微纳米线及其制备方法
CN109234808A (zh) * 2018-09-19 2019-01-18 昆明理工大学 一种同时制备TiSi2和钛硅合金的方法
CN208532948U (zh) * 2018-06-04 2019-02-22 昆明理工大学 一种制备钛硅合金的熔盐电解装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4662998A (en) * 1985-12-12 1987-05-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electrodeposition of refractory metal silicides
SU1696591A1 (ru) * 1989-03-03 1991-12-07 Институт общей и неорганической химии АН УССР Способ получени силицидов титана
CN101928964A (zh) * 2010-01-21 2010-12-29 上海大学 由含钛高炉渣直接制备Ti5Si3高温合金的方法及其电解槽装置
CN107021491A (zh) * 2017-05-31 2017-08-08 华北电力大学（保定） 一种Ti5Si3金属间化合物微纳米线及其制备方法
CN208532948U (zh) * 2018-06-04 2019-02-22 昆明理工大学 一种制备钛硅合金的熔盐电解装置
CN109234808A (zh) * 2018-09-19 2019-01-18 昆明理工大学 一种同时制备TiSi2和钛硅合金的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A direct electrochemical route from oxides to Ti-Si intermetallics;Xingli Zou等;《Electrochimica Acta》;20100424;第55卷;第5173-5179页 *
CaCl2熔盐中电解高钛渣/SiO2复合阴极制备Ti5Si3的研究;况文浩等;《有色金属(冶炼部分)》;20170712(第07期);第52-57页 *
Direct selective extraction of titanium silicide Ti5Si3 from multi-component Ti-bearing compounds in molten salt by an electrochemical process;Xingli Zou等;《Electrochimica Acta》;20110719;第56卷;第8430-8437页 *
Electrochemical synthesis of Ti5Si3 in CaCl2 melt;Handong Jiao等;《Journal of Alloys and Compounds》;20130814;第582卷;第146-150页 *
含钛高炉渣直接提取Ti5Si3及杂质去除机理;邹星礼等;《稀有金属材料与工程》;20120131;第41卷(第1期);第173-177页 *
熔盐电解高钛渣制备钛硅合金的研究;况文浩;《昆明理工大学硕士学位论文》;20180115;第15-22和49-66页 *

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