CN111826599A - 一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si；所述表层的成分为25NiCrTa‑75Cr3C2或14CoCrTa‑86WC。该高性能复合涂层具有良好的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的性能，能够有效改善钛合金热端部件的阻燃和烧蚀特性，提高钛合金热端部件使用的可靠性和安全性。

Description

一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法
本申请是针对申请号为201811341016.3、发明名称为“复合涂层及其制备方法、钛合金表面处理方法和应用”的分案申请。
技术领域
本发明涉及钛合金表面处理应用领域，尤其涉及一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法。
背景技术
钛合金对燃烧环境敏感，在高温下氧化生产的氧化物密度低、氧化膜不致密，起不到保护基体的作用；燃烧释放热远大于热散失速度，从而使金属温度升高，加速燃烧。这使得其用作航空航天以及兵器等装备动力系统中热端部件时，在高温、高压或剧烈冲击下易起火燃烧，俗称“钛火”，从而导致热端部件燃烧、烧熔、烧穿，引起装备失效，甚至安全事故。作为热端部件使用的钛合金，要承受高温、高速燃气冲刷，需主要解决钛合金的阻燃和抗冲刷烧蚀问题。目前，涂层技术因防护效果好、成本低，已成为钛合金热端部件应用的主要技术。应用涂层技术为实现钛合金阻燃、抗冲刷烧蚀，设计和制备的涂层需满足：自身阻燃且能隔绝燃气；抗燃气冲刷、与基体热膨胀系数差别小；与基体结合强度高，结合紧密。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，该高性能复合涂层能有效改善钛合金的阻燃和烧蚀特性。
本发明的另一目的在于提供上述高性能复合涂层的制备方法。
本发明的目的，通过以下技术方案实现：
一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂，优选地通过将Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒制备得到；所述表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC，25NiCrTa-75Cr3C2是指Ta与NiCr-Cr3C2混合或者掺杂，14CoCrTa-86WC是指Ta与CoCr-WC混合或者掺杂，优选地通过将Ta粉加入NiCr-Cr3C2或CoCr-WC中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备得到；所述中间层中Si的添加量占NiCrAlY的质量分数为5-10%；当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.5-1）: 1 : 1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.5-1）: 1 : 1。
进一步优选的，当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.6-1）: 1 : 1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.6-1）: 1 :1。
进一步的，所述基底层的厚度为110-190μm；所述中间层的厚度为210-290μm；所述表层的厚度为110-290μm。再更进一步的，所述基底层的厚度为120-180μm；所述中间层的厚度为220-280μm；所述表层的厚度为120-280μm。
本发明还提供了上述适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）采用有机溶剂对钛合金表面进行清洗，表干后喷砂，喷砂采用粒径为60-100目的金刚砂，喷砂压力为0.2-0.3MPa；
（2）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉分别独立地干燥，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-1.5h；
（3）向处理后的钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷涂时喷枪喷涂距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次；向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为2-3次；向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，或者向中间层表面喷涂干燥后的14CoCrTa-86WC喷涂粉作为表层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为100~150mm/s，功率为30~40kW，扫描间距为4~10mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次，得到高性能复合涂层。
进一步优选的，在钛合金表面喷涂完高性能复合涂层后，对涂层表面进行磨削；优选地，采用金刚石磨头进行磨削；进一步优选地，磨削转速为1500-2000r/min，磨削量为50-100μm。
本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其基底层的膨胀系数较低且与基体接近，喷涂后与基体结合强度高，且可形成较厚的致密涂层，阻燃效果好；中间层是在基底层和表层之间的过渡层，在高温氧化后能形成玻璃态物质对孔隙缝隙进行密封，阻止高温气体，特别是氧与底层接触，从而进一步提高阻燃性能；表层具有多孔致密结构，在热膨胀时有变形的空间，通过利用孔隙调整确保变形过程不开裂，同时该表层还具备抗冲刷颗粒的能力，提高表面抗烧蚀性能；通过特定成分的基底层、中间层和表层协同配合，使得所述高性能复合涂层具有良好的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的性能，能够有效改善钛合金热端部件的阻燃和烧蚀特性，提高钛合金热端部件使用的可靠性和安全性。
（2）本发明中的制备方法，易于操作控制，且保证了喷涂效果优良。
附图说明
图1为本发明实施例中所述的适用于钛合金的高性能复合涂层的结构示意图，其中，附图标记分别表示：10-钛合金表面、20-基底层、30-中间层、40-表层；
图2为本发明实施例11中在钛合金表面制备了所述适用于钛合金的高性能复合涂层后的截面图；
图3为本发明实施例11中所述适用于钛合金的高性能复合涂层的表面形貌。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，具体如图1所示。该高性能复合涂层包括基底层20、中间层30和表层40，基底层20设置在钛合金表面10上，表层40设置于基底层20远离钛合金表面10的一侧，中间层30位于基底层20和表层40之间；其中，基底的成分为NiCrAlY，中间层的成分为NiCrAlY/Si，表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC。
具体的，基底层中NiCrAlY合金具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，其热膨胀系数较低且与基体接近，可避免受热时基体与涂层膨胀不一致导致涂层剥落；喷涂后与基体结合强度高，且可形成较厚的致密涂层用于隔绝燃气接触钛合金表面，阻燃效果好即确保涂层自身在燃烧环境或燃气侵蚀时不燃烧。对于基底层NiCrAlY合金中各元素的具体含量不作限定。
中间层是在基底层和表层之间提供的过渡层，其成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂。对于具体的NiCrAlY/Si喷涂粉的制备方法不作限定，优选地，将一定比例的Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备NiCrAlY/Si喷涂粉。NiCrAlY/Si其在高温氧化后能形成玻璃态物质对孔隙缝隙进行密封，阻止高温气体，特别是氧与底层接触，从而进一步提高阻燃性能。
表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC。25NiCrTa-75Cr3C2是指Ta与NiCr-Cr3C2混合或者掺杂，14CoCrTa-86WC是指Ta与CoCr-WC混合或者掺杂。 25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC的具体制备方法不作限定，优选地，将一定比例的Ta粉加入NiCr-Cr3C2或CoCr-WC中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉；该表层所采用的特定的25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC成分，使得表层具有多孔致密结构，多孔致密结构使得其热膨胀时有变形的空间，通过利用孔隙调整确保变形过程不开裂，同时该表层还具备抗冲刷颗粒的能力，提高表面抗烧蚀性能。
本发明提供的高性能复合涂层通过选用上述特定成分的基底层、中间层和表层协同配合，能够有效改善钛合金热端部件的阻燃、烧蚀的问题。
作为本发明的一种可选实施方式，中间层中添加的Si占NiCrAlY的质量分数为5-10%，典型但非限制性的质量分数为5%、6%、7%、8%、9%或10%。Si的添加量不能过高，过高的话，高温下容易形成大量液态氧化物，降低各层间结合强度，Si的添加量也不能过低，过低的话高温氧化后形成的液体起不到对空隙密封的作用。故中间层NiCrAlY/Si中Si的添加量最好保持在特定的范围内。
作为本发明的一种可选实施方式，当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.3-1）: 1 : 1，优选为（0.5-1）: 1 : 1，更优选为（0.6-1）: 1 : 1，最优选为1 : 1 : 1，典型但非限制性的Ta与Ni、Cr的质量比为0.3 : 1 : 1、0.4 : 1 : 1、0.5 :1 : 1、0.6 : 1 : 1、0.7 : 1 : 1、0.8 : 1 : 1、0.9 : 1 : 1或1 : 1 : 1；或，当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.3-1）: 1 : 1，优选为（0.5-1）: 1 : 1，更优选为（0.6-1）: 1 : 1，最优选为1 : 1 : 1，典型但非限制性的Ta与Co、Cr的质量比为0.3 : 1 : 1、0.4 : 1 : 1、0.5 : 1 : 1、0.6 : 1 : 1、0.7 : 1 : 1、0.8 : 1 : 1、0.9 :1 : 1或1 : 1 : 1。需要说明的是，在25NiCrTa-75Cr3C2中，Ta占Ni、Cr和Ta总质量的质量分数一般不能超过35%，一旦Ta的质量分数超过35%时，抗高温氧化性能变差，但当Ta的质量分数过低时（低于13%左右），则起不到抗烧蚀作用。在14CoCrTa-86WC中，Ta占Co、Cr和Ta总质量的质量分数一般不能超过35%，一旦Ta的质量分数超过35%时，抗高温氧化性能变差，但当Ta的质量分数过低时（低于13%左右），则起不到抗烧蚀作用。
作为本发明的一种可选实施方式，基底层的厚度为100-200μm，优选为110-190μm，进一步优选为120-180μm，基底层典型但非限制性的厚度为100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm；作为本发明的一种可选实施方式，中间层的厚度为200-300μm，优选为210-290μm，进一步优选为220-280μm，中间层典型但非限制性的厚度为200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、280μm、290μm或300μm；作为本发明的一种可选实施方式，表层的厚度为100-300μm，优选为110-290μm，进一步优选为120-280μm，表层典型但非限制性的厚度为100μm、110μm、120μm、140μm、150μm、160μm、180μm、200μm、220μm、240μm、250μm、260μm、280μm、290μm或300μm。通过对基底层、中间层和表层厚度的限定，使得各层均达到适宜的厚度要求。
根据本发明的第二个方面，还提供了上述适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
提供NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉；
向钛合金表面喷涂NiCrAlY喷涂粉作为基底层；
向基底层表面喷涂NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层；
向中间层表面喷涂25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉作为表层，得到高性能复合涂层。
具体的，各层的喷涂方式不作具体限定，可采用本领域常见的喷涂方式，比如，基底层NiCrAlY的制备可采用超音速火焰喷涂、低离子喷涂、热喷涂和磁控溅射方法等；中间层NiCrAlY/Si以及表层25NiCrTa-75Cr3C2或表层14CoCrTa-86WC的制备可采用热喷涂等方法。该制备方法简单、成本低，适合于工业化生产。基底层、中间层以及表层的制备方法有时也会对高性能复合涂层的结构造成影响。故应选择适宜的涂层制备方法。作为本发明的一种可选实施方式，基底层、中间层以及表层均采用热喷涂方法进行制备。热喷涂是指将涂层材料加热熔化，用高速气流将其雾化成极细的颗粒，并以很高的速度喷射到工件表面，形成涂层。该制备方法灵活方便，不受工件形状限制，施工方便，应用范围广。
作为本发明的一种可选实施方式，在将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉喷涂之前，还包括分别独立地对其进行干燥的步骤。各喷涂粉的干燥度直接会影响到喷涂质量。一旦喷涂粉本身潮湿或者环境湿度多大，将不可避免得促使喷涂粉大量结块，从而堵塞喷枪等相关喷涂粉传输设备，影响喷涂质量。作为本发明的一种可选实施方式，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-1.5h。典型但非限制性的干燥温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃，典型但非限制性的干燥时间为0.5h、1.0h或1.5h。通过对干燥温度和干燥时间的限定，使得各喷涂粉处于适宜的干燥度，有利于喷涂的顺利进行。
作为本发明的一种可选实施方式，在向钛合金表面喷涂NiCrAlY喷涂粉形成基底层时，喷枪喷涂距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次；典型但非限制性的喷枪喷涂距离例如为100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm或130mm；典型但非限制性的扫描速度为130mm/s、140mm/s、150mm/s、160mm/s、170mm/s或180mm/s；典型但非限制性的功率为25kW、26kW、28kW、30kW、32kW、34kW或35kW；典型但非限制性的扫描间距为2mm、3mm、4mm、5mm或6mm；典型但非限制性的载气压力为0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa；典型但非限制性的喷涂道次为1次、2次或3次。
作为本发明的一种可选实施方式，在向基底层表面喷涂NiCrAlY/Si喷涂粉形成中间层时，喷枪距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为2次或3次；典型但非限制性的喷枪喷涂距离例如为100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm或130mm；典型但非限制性的扫描速度为130mm/s、140mm/s、150mm/s、160mm/s、170mm/s或180mm/s；典型但非限制性的功率为25kW、26kW、28kW、30kW、32kW、34kW或35kW；典型但非限制性的扫描间距为2mm、3mm、4mm、5mm或6mm；典型但非限制性的载气压力为0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa；典型但非限制性的喷涂道次为2次或3次。
作为本发明的一种可选实施方式，在向中间层表面喷涂25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉形成表层时，喷枪距离为100~130mm，扫描速度为100~150mm/s，功率为30~40kW，扫描间距为4~10mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次；典型但非限制性的喷枪喷涂距离例如为100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm或130mm；典型但非限制性的扫描速度为100mm/s、110mm/s、120mm/s、130mm/s、140mm/s或150mm/s；典型但非限制性的功率为30kW、32kW、34kW、35kW、36kW、38kW或40kW；典型但非限制性的扫描间距为4mm、5mm、6mm、8mm或10mm；典型但非限制性的载气压力为0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa；典型但非限制性的喷涂道次为1次、2次或3次。
通过对喷涂过程中各工艺参数的限定，使得基底层、中间层和表层的喷涂质量达到较佳水平。
根据本发明的第三个方面，还提供了一种钛合金表面处理方法，向经过预处理的钛合金表面喷涂上述的高性能复合涂层；或采用上述的高性能复合涂层的制备方法对经过预处理的钛合金表面进行处理。
鉴于上述高性能复合涂层或高性能复合涂层的制备方法所具有的优势，采用在钛合金表面上喷涂上述高性能复合涂层，可有效提升钛合金表面的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的性能，满足使用要求，提高钛合金热端部件使用的可靠性。
作为本发明的一种可选实施方式，预处理包括对钛合金表面进行清洗和喷砂的步骤；钛合金经加工、铸造或制作成形后，钛合金表面会沾附一些污物，故需要对钛合金表面进行清洗。
作为本发明的一种可选实施方式，采用有机溶剂对钛合金表面进行清洗，表干后喷砂；进一步优选地，喷砂采用粒径为60-100目的金刚砂，喷砂压力为0.2-0.3MPa；有机溶剂的具体种类不作限定，可选用乙酸乙酯、丙酮或酒精等非油性可挥发的有机溶剂。采用有机溶剂清洗之后，再采用一定粒径的金刚砂进行喷砂处理，典型但非限制性的金刚砂粒径为60目、80目或100目，典型但非限制性的喷砂压力为0.2MPa、0.25MPa或0.3MPa。在喷砂过程中，喷砂压力不宜过大也不宜过小。若压力过大，金刚砂砂粒冲击钛合金表面产生激烈火花，温度升高可与钛合金表面发生发硬，形成二次污染，影响钛合金表面质量，若压力过小，则达不到良好的喷砂效果。
高性能复合涂层喷涂完毕后，采用金刚石磨削对喷涂表面进行精加工。作为本发明的一种可选实施方式，在钛合金表面喷涂完高性能复合涂层之后，对高性能复合涂层表面进行磨削；优选地，采用金刚石磨头对高性能复合涂层表面进行磨削；进一步优选地，磨削转速为1500-2000r/min，磨削量为50-100μm。典型但非限制性的磨削转速为1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min或2000r/min，典型但非限制性的磨削量为50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
通过对磨削过程中磨削转速以及磨削量的限定，使得影响高性能复合涂层与钛合金表面的结合力，同时还能获得较高的光洁度。
作为本发明的一种可选实施方式，钛合金表面处理方法包括如下步骤：
对钛合金表面进行清洗和喷砂的预处理；
将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉分别独立地干燥，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-1.5h；
向预处理后的钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，基底层的厚度为100-200μm；向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，Si占NiCrAlY的质量分数为5-10%，中间层的厚度为200-300μm；向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，Ta与Ni、Cr的质量比为1 : 1 : 1，表层的厚度为100-300μm，或，向中间层表面喷涂干燥后的14CoCrTa-86WC喷涂粉作为表层，Ta与Co、Cr的质量比为1 : 1 : 1，表层的厚度为100-300μm，得到高性能复合涂层；
采用金刚石磨头对高性能复合涂层表面进行磨削，磨削转速为1500-2000r/min，磨削量为50-100μm。
通过对钛合金表面处理方法各步骤进行限定，使得钛合金表面能够达到良好的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的效果，满足钛合金热端部件的使用要求，实现钛合金热端部件在高温、高速燃气火焰环境下可靠使用的目的，为钛合金应用于热端部件奠定了基础，拓宽了钛合金的应用领域。
根据本发明的第四个方面，还提供了上述高性能复合涂层、上述高性能复合涂层的制备方法或上述钛合金表面处理方法在钛合金表面工程中的应用。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，基底层设置在钛合金表面上，表层设置于基底层远离钛合金表面的一侧，中间层位于基底层和表层之间；其中，基底层的成分为NiCrAlY，厚度为100μm；中间层的成分为NiCrAlY/Si，厚度为200μm，Si占NiCrAlY的质量分数为5%；表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2，厚度为100μm，Ta与Ni、Cr的质量比为1 : 1 : 1。
本实施例高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（a）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉在烘箱中进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为0.5h；
（b）向钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷枪距离130mm，扫描速度180mm/s，功率25kW，扫描间距6mm，载气压力0.5MPa，喷涂道次1次；
向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷枪距离130mm，扫描速度180mm/s，功率25kW，扫描间距6mm，载气压力0.5MPa，喷涂道次2次；
向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，喷枪距离130mm，扫描速度150mm/s，功率30kW，扫描间距10mm，载气压力0.5MPa，喷涂道次1次，得到复合涂层；
（c）采用金刚石磨头对高性能复合涂层表面进行磨削，磨削转速为1500r/min，磨削量为50μm。
实施例2
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，，包括基底层、中间层和表层，基底层设置在钛合金表面上，表层设置于基底层远离钛合金表面的一侧，中间层位于基底层和表层之间；其中，基底层的成分为NiCrAlY，厚度为200μm；中间层的成分为NiCrAlY/Si，厚度为300μm，Si占NiCrAlY的质量分数为10%；表层的成分为14CoCrTa-86WC，厚度为300μm，Ta与Co、Cr的质量比为1 : 1 : 1。
本实施例高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（a）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及14CoCrTa-86WC喷涂粉在烘箱中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为1.5h；
（b）向钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷枪距离100mm，扫描速度130/s，功率35kW，扫描间距2mm，载气压力0.3MPa，喷涂道次2次；
向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷枪距离130mm，扫描速度180mm/s，功率25kW，扫描间距6mm，载气压力0.5MPa，喷涂道次3次；
向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，喷枪距离100mm，扫描速度100mm/s，功率40kW，扫描间距4mm，载气压力0.3MPa，喷涂道次3次，得到高性能复合涂层；
（c）采用金刚石磨头对涂层表面进行磨削，磨削转速为2000r/min，磨削量为100μm。
实施例3
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，基底层设置在钛合金表面上，表层设置于基底层远离钛合金表面的一侧，中间层位于基底层和表层之间；其中，基底层的成分为NiCrAlY，厚度为200μm；中间层的成分为NiCrAlY/Si，厚度为200μm，Si占NiCrAlY的质量分数为8%；表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2，厚度为200μm，Ta与Ni、Cr的质量比为1 : 1 : 1。
本实施例高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（a）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及14CoCrTa-86WC喷涂粉在烘箱中进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为1.0h；
（b）向钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷枪距离150mm，扫描速度150/s，功率30kW，扫描间距4mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次；
向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷枪距离130mm，扫描速度180mm/s，功率25kW，扫描间距6mm，载气压力0.5MPa，喷涂道次2次；
向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，喷枪距离120mm，扫描速度130mm/s，功率35kW，扫描间距8mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次，得到高性能复合涂层；
（c）采用金刚石磨头对涂层表面进行磨削，磨削转速为1800r/min，磨削量为50μm。
实施例4
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，基底层设置在钛合金表面上，表层设置于基底层远离钛合金表面的一侧，中间层位于基底层和表层之间；其中，基底层的成分为NiCrAlY，厚度为100μm；中间层的成分为NiCrAlY/Si，厚度为200μm，Si占NiCrAlY的质量分数为8%；表层的成分为14CoCrTa-86WC，厚度为200μm，Ta与Co、Cr的质量比为1 : 1 : 1。
本实施例高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（a）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及14CoCrTa-86WC喷涂粉在烘箱中进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为1.0h；
（b）向钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷枪距离120mm，扫描速度140mm/s，功率30kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次1次；
向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷枪距离120mm，扫描速度140mm/s，功率30kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次；
向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，喷枪距离110mm，扫描速度130mm/s，功率35kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次，得到高性能复合涂层；
（c）采用金刚石磨头对涂层表面进行磨削，磨削转速为1600r/min，磨削量为100μm。
实施例5
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，基底层设置在钛合金表面上，表层设置于基底层远离钛合金表面的一侧，中间层位于基底层和表层之间；其中，基底层的成分为NiCrAlY，厚度为150μm；中间层的成分为NiCrAlY/Si，厚度为30μm，Si占NiCrAlY的质量分数为7%；表层的成分为14CoCrTa-86WC，厚度为150μm，Ta与Co、Cr的质量比为0.3 : 1 : 1。
本实施例高性能复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
（a）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及14CoCrTa-86WC喷涂粉在烘箱中进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为0.75h；
（b）向钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷枪距离120mm，扫描速度140mm/s，功率30kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次1次；
向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷枪距离110mm，扫描速度140mm/s，功率30kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次；
向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，喷枪距离110mm，扫描速度130mm/s，功率35kW，扫描间距5mm，载气压力0.4MPa，喷涂道次2次，得到高性能复合涂层；
（c）采用金刚石磨头对涂层表面进行磨削，磨削转速为1600r/min，磨削量为100μm。
实施例6
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，除了表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2，Ta与Ni、Cr的质量比为0.3 : 1 : 1，其余的参数以及制备方法与实施例5相同。
实施例7
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，除了表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2，Ta与Ni、Cr的质量比为1.2 : 1 : 1，其余的参数以及制备方法与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，除了表层的成分为14CoCrTa-86WC，Ta与Co、Cr的质量比为1.2 : 1 : 1，其余的参数以及制备方法与实施例2相同。
实施例9
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，除了中间层中Si占NiCrAlY的质量分数为12%，其余参数以及制备方法与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，除了中间层中Si占NiCrAlY的质量分数为3%，其余的参数以及制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种复合涂层，包括基底层和中间层，未设有表层，基底层和中间层的各参数与实施例1相同。
本实施例复合涂层的制备方法，除了步骤（b）中只进行了基底层和中间层的喷涂，未进行表层的喷涂，其余步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种复合涂层，包括基底层和表层，未设有中间层，基底层和表层的各参数与实施例1相同。
本实施例复合涂层的制备方法，除了步骤（b）中只进行了基底层和表层的喷涂，未进行中间层的喷涂，其余步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种复合涂层，包括中间层和表层，未设有基底层，中间层和表层的各参数与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，包括以下步骤：
（a）根据工件结构及喷涂部位要求，设计喷涂工装，选用常用45钢机械加工出工装；
（b）钛合金表面先采用乙酸乙酯清洗，表干后喷砂，采用粒径60目金刚砂，喷砂压力0.3MPa；
（c）采用实施例1提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层。
实施例12
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，包括以下步骤：
（a）根据工件结构及喷涂部位要求，设计喷涂工装，选用常用45钢机械加工出工装；
（b）钛合金表面先采用乙酸乙酯清洗，表干后喷砂，采用粒径60目金刚砂，喷砂压力0.2MPa；
（c）采用实施例2提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层。
实施例13
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，包括以下步骤：
（a）根据工件结构及喷涂部位要求，设计喷涂工装，选用常用45钢机械加工出工装；
（b）钛合金表面先采用乙酸乙酯清洗，表干后喷砂，采用粒径60目金刚砂，喷砂压力0.4MPa；
（c）采用实施例3提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层。
实施例14
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，包括以下步骤：
（a）根据工件结构及喷涂部位要求，设计喷涂工装，选用常用45钢机械加工出工装；
（b）钛合金表面先采用乙酸乙酯清洗，表干后喷砂，采用粒径60目金刚砂，喷砂压力0.4MPa；
（c）采用实施例4提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层。
实施例15
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，包括以下步骤：
（a）根据工件结构及喷涂部位要求，设计喷涂工装，选用常用45钢机械加工出工装；
（b）钛合金表面先采用乙酸乙酯清洗，表干后喷砂，采用粒径80目金刚砂，喷砂压力0.4MPa；
（c）采用实施例5提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层。
实施例16
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用实施例6提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层之外，其余步骤与实施例15相同。
实施例17
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用实施例7提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层以外，其余步骤与实施例11相同。
实施例18
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用实施例8提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层以外，其余步骤与实施例12相同。
实施例19
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用实施例9提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层以外，其余步骤与实施例11相同。
实施例20
本实施例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用实施例10提供的适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，在钛合金表面喷涂所述高性能复合涂层以外，其余步骤与实施例11相同。
对比例4
本对比例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用对比例1提供的复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂复合涂层，其余步骤与实施例11相同。
对比例5
本对比例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用对比例2提供的复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂复合涂层，其余步骤与实施例11相同。
对比例6
本对比例提供一种钛合金表面处理方法，除了步骤（c）中采用对比例3提供的复合涂层的制备方法在钛合金表面喷涂复合涂层，其余步骤与实施例11相同。
对上述实施例11-20和对比例4-6中的两种不同的涂层进行一系列实际验证，其中，图2为实施例11钛合金表面的所述高性能复合涂层的SEM图，图3为实施例11提供的所述高性能复合涂层的表面形貌图。由图2中可以看出，钛合金表面上存在界面较为明显的基底层、中间层和表层。
从实际应用结果来看，采用本发明实施例提供的所述高性能复合涂层的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的性能均要明显优于对比例提供的复合涂层的性能，故本发明提供的所述高性能复合涂层以及钛合金表面处理方法能够达到良好的技术效果，满足钛合金热端部件的使用需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂，优选地通过将Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒制备得到；所述表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC，25NiCrTa-75Cr3C2是指Ta与NiCr-Cr3C2混合或者掺杂，14CoCrTa-86WC是指Ta与CoCr-WC混合或者掺杂，优选地通过将Ta粉加入NiCr-Cr3C2或CoCr-WC中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备得到；所述中间层中Si的添加量占NiCrAlY的质量分数为5-10%；当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.5-1）: 1 : 1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.5-1）: 1 : 1。
2.如权利要求1所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.6-1）: 1 : 1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.6-1）: 1 : 1。
3.如权利要求1或2所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：所述基底层的厚度为110-190μm；所述中间层的厚度为210-290μm；所述表层的厚度为110-290μm。
4.如权利要求1或2所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：所述基底层的厚度为120-180μm；所述中间层的厚度为220-280μm；所述表层的厚度为120-280μm。
5.如权利要求1-4任一所述适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）采用有机溶剂对钛合金表面进行清洗，表干后喷砂，喷砂采用粒径为60-100目的金刚砂，喷砂压力为0.2-0.3MPa；
（2）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉分别独立地干燥，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-1.5h；
（3）向处理后的钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷涂时喷枪喷涂距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次；向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为2-3次；向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，或者向中间层表面喷涂干燥后的14CoCrTa-86WC喷涂粉作为表层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为100~150mm/s，功率为30~40kW，扫描间距为4~10mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次，得到高性能复合涂层。
6.如权利要求5所述适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：在钛合金表面喷涂完高性能复合涂层后，对涂层表面采用金刚石磨头进行磨削；优选地，磨削转速为1500-2000r/min，磨削量为50-100μm。
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