CN1142113C - 一种钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术，其特征在于：在钛合金或钛铝金属间化合物基材的表面涂覆搪瓷涂层，涂层化学成分为(重量百分比)：基体剂SiO240～80助熔剂Na2O、K2O、B2O之一种或几种5～20乳浊剂ZrO21～8辅助剂ZnO、Al2O3、CaO、MgO之一种或几种 10～30搪瓷涂层是将搪瓷粉放入无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在80～100℃烘10～20min，在850～1100℃烧结0.5～2hr而成，涂层厚度约为10～60μm。本发明抗高温氧化及热腐蚀性能优良，且经济实用。
Description
本发明涉及金属的高温防护技术，特到提供了一种用搪瓷涂层提高钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护性能的方法。
钛合金及TiAl金属间化合物由于具有低密度、高刚度及优良的高温性能，是理想的高温结构材料。钛合金在500～650℃长期使用时力学性能下降。TiAl金属间化合物在800℃以上使用时，其抗氧化及热腐蚀能力不足是亟待解决的关键问题。为提高钛合金及TiAl金属间化合物的抗氧化及热腐蚀性能，通过施加防护涂层取得了很好的效果。美国开发的低压等离子喷涂Ti-51Al-12Cr涂层(M.P.Brady，etal，JOM.48，46(1996)Submitted to US patent office，(1996))和我们的溅射Ti-50Al-10Cr(唐兆群，王福会，吴维。申请中国发明专利(1997.3)，No.971098352)涂层，该方法对于形状复杂的部件，难以施涂均匀，且涂层成本高，难以达到实用要求。而表面处理技术如低氧压(S.Taniguchi，MRS Bulletin，10，31(1994))、流化床处理(H.Kawaura，et，al，《Structural Intermetallics 1997》，M.V.Nathal et al，Eds，(TMS，1997)P377)及磷化处理(王福会，唐兆麟，吴维。申请中国发明专利(1998.3)，No.98113810.1)不同程度地提高了TiAl金属间化合物的抗氧化性能，但前者提高TiAl的抗氧化性能有限，难以达到实用要求，而流化床处理成本亦较高。
本发明的目的在于提供一种钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术，其抗高温氧化及热腐蚀性能优良，且经济实用。
本发明提供了一种钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术，其特征在于：在钛合金或钛铝金属间化合物基材的表面涂覆搪瓷涂层，涂层化学成分为(重量百分比)：
基体剂SiO2 40～80
助熔剂Na2O、K2O、B2O之一种或几种 5～20
乳蚀剂ZrO2 1～8
辅助剂ZnO、Al2O3、CaO、MgO之一种或几种10～30
搪瓷涂层是将搪瓷投放入无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在80～100℃烘10～20min，在850～1100℃烧结0.5～2hr而成。涂层厚度约为10～60μm。
本发明搪瓷粉配方中还可加入0.5～5％的密着剂FeO。
本发明和其它防护涂层相比，搪瓷涂层工艺简单、成本低廉。采用该涂层对钛合金及TiAl金属间化合物实行防护，不仅大大提高了高温钛合金及TiAl金属间化合物的抗高温氧化及热腐蚀性能，且涂层与基材之间相容性好，避免了涂层与基材之间严重的互扩散。
下面通过实施例详述本发明。
实施例1 Ti-50Al合金表面施加搪瓷涂层
铸造Ti-50Al合金基本上是单一的γ型合金，其在800℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在1050℃烧结30min而成。涂层厚度约为30μm。施加搪瓷涂层后的Ti-50Al合金在900℃表现出很好的抗氧化能力，氧化10小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-50Al合金在900℃氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀50小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-50Al合金剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 80
Na2O 5
ZrO2 2
FeO 3
ZnO 10
实施例2 在Ti48Al-2Cr-2Nb合金表面施加搪瓷涂层
Ti-48Al-2Cr-2Nb合金基本上为单一的γ型合金，其在900℃以上抗氧化性能差，搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在1050℃烧结20min而成。涂层厚约为20μm。施加搪瓷涂层后的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在900℃表现出很好的抗氧化能力，氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在900℃氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氧化物盐热腐蚀50小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 70
Na2O+K2O 5+10
ZrO2 2
FeO 3
ZnO+MgO 10
实施例3 在Ti-48Al-1.75Cr-2Nb合金表面施加搪瓷涂层
Ti-48Al-1.75Cr-2Nb合金基本上是单一的γ型合金，其在900℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在950℃烧结30min而成。涂层厚度约为30μm。施加搪瓷涂层后的Ti-48Al-1.75Cr-2Nb合金在900℃表现出很好的抗氧化能力，氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48Al-1.75Cr-2Nb合金在900℃氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀50小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48Al-1.75Cr-2Nb合金剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 70
Na2O+B2O 10+5
ZrO2 3
FeO 2
ZnO+MgO 10
实施例4 在Ti-24Al-14Nb-3V合金表面施加搪瓷涂层
Ti-24Al-14Nb-3V合金是由α2相和βo相组成，其在800℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在900℃烧结10min而成。涂层厚度约为30μm。施加搪瓷涂层后的Ti-24Al-14Nb-3V合金在900℃表现出很好的抗循环氧化能力，循环氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-24Al-14Nb-3V合金在900℃循环氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀100小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-24Al-14Nb-3V合金5小时后剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 60
Na2O+K2O 7+8
ZrO2 2
FeO 3
CaO+MgO 10+10
实施例5 在Ti-14Al-10Nb-3V-1Mo合金表面施加搪瓷涂层
Ti-14Al-10Nb-3V-1Mo合金在800℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在900℃烧结30min而成。涂层厚度约为50μm。施加搪瓷涂层后的Ti-14Al-10Nb-3V-1Mo合金在900℃表现出很好的抗循环氧化能力，循环氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-14Al-10Nb-3V-1Mo合金在900℃循环氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀100小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-14Al-10Nb-3V-1Mo合金5小时后剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 60
Na2O+K2O+B2O5+5+5
ZrO2 2
FeO 3
CaO+MgO+ZnO 10+5+5
实施例6 Ti60合金表面施加搪瓷涂层
Ti55合金在800℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在850℃烧结40min而成。涂层厚度约为15μm。施加搪瓷涂层后的Ti60合金在600℃表现出很好的抗循环氧化能力，氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而且力学性能有了很大的提高。而未施加搪瓷涂层的Ti60合金在600℃氧化100小时后力学性能明显下降。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 75
Na2O+B2O 2+3
ZrO2 5
Al2O3+CaO 10+5
实施例7 Ti55合金表面施加搪瓷涂层
Ti55合金在800℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘10min，在900℃烧结30min而成。涂层厚度约为20μm。施加搪瓷涂层后的Ti55合金在800℃表现出很好的抗氧化能力，氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti55合金在800℃氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀50小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti55合金剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 60
Na2O+K2O+B2O5+5+5
ZrO2 3
FeO 2
ZnO+Al2O3+CaO 5+10+5
实施例8 Ti-48Al-1Cr合金表面施加搪瓷涂层
Ti-48Al-1Cr合金在900℃以上抗氧化性能差。搪瓷涂层是将搪瓷粉放入适量的无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在100℃烘20min，在850℃烧结30min而成。涂层厚度约为20μm。施加搪瓷涂层后的Ti-48Al-1Cr合金在900℃表现出很好的抗氧化能力，氧化100小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48 Al-1Cr合金在900℃氧化20小时即见氧化皮剥落。在850℃熔融硫酸盐和熔融氯化物盐热腐蚀50小时后，也未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加搪瓷涂层的Ti-48Al-1Cr合金剥落严重。
搪瓷粉的组成(wt％)：
SiO2 50
Na2O+K2O+B2O 10+5+5
ZrO2 3
FeO 2
ZnO+Al2O3+CaO+MgO5+10+5+5
Claims (2)
1、一种钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术，其特征在于：在钛合金或钛铝金属间化合物基材的表面涂覆搪瓷涂层，涂层化学成分为(重量百分比)：
基体剂SiO2 50～80
助熔剂Na2O、K2O、B2O之一种或几种 5～20
乳浊剂ZrO2 1～8
辅助剂ZnO、Al2O3、CaO、MgO之一种或几种10～30
搪瓷涂层是将搪瓷粉放入无水乙醇中充分搅拌，然后喷涂于试样表面，在80～100℃烘10～20min，在850～1100℃烧结而成，烧结时间为10min、20min或者0.5～2hr，涂层厚约为10～60μm。
2.按照权利要求1所述钛合金及钛铝金属间化合物的高温防护技术，其特征在于：搪瓷粉中混入0.5～5％的FeO作为密着剂。
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