CN1166807C - 提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备 - Google Patents

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Abstract

一种提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备，该涂层由铝67、钛25和铬8组成，其制备工艺采用包埋渗的方法制备，其方法是：先按量准确称取渗剂，渗剂的配比按重量百分比为：8-12%铝，25-35%铬，1-3%氯化钠，2-4%氯化氨，其余为三氧化二铝；将称取好的渗剂进行研磨和搅拌；将充分混合好的渗剂置于温度为110℃的烘箱中进行烘干；把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入渗剂中，再将坩埚置入高温电阻炉后通入干燥氩气，加热到1100℃，通过控制时间，实现在TiAl合金表面制备不同厚度的铬改性铝化物涂层。

Description

提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备
技术领域：
本发明是提供一种提高TiAl合金抗高温氧化腐蚀的铬改性铝化物涂层体系与制备工艺，属铬改性铝化物涂层制备技术。
背景技术：
TiAl金属间化合物具有优良的高温比强度和比刚度，是制造新一代先进动力装置最理想的候选材料之一。然而，TiAl金属间化合物所面临的主要障碍是其室温塑性低和在高温腐蚀环境中易氧化等问题。为了提高TiAl合金的抗高温氧化性能，国内外均做了大量的研究与探索。概括起来有两方面；一是通过合金化，提高材料整体的抗高温氧化性，二是对材料进行表面处理，保护材料不受氧的侵害。从总体发展与研究成果来看，添加第三元素对于提高TiAl合金抗氧化性能是有限的，与实际应用存在一定的距离；因此，进一步的研究还需致力于表面处理。目前，研究了一系列的表面处理方法对TiAl合金抗氧化性能的影响，这些方法包括用包埋渗方法制备铝化物涂层，用等离子喷涂方法得到的氧化铝(Al2O3)和镍(Ni)铬(Cr)铝(Al)钇(Y)涂层等，这些涂层可不同程度地提高TiAl的抗氧化性能，但都存在一系列的问题。镍(Ni)铬(Cr)铝(Al)钇(Y)涂层在高温下由于存在与TiAl基体互扩散的问题，因此该涂层还不能完全满足实际应用的要求。等离子喷涂方法制备的氧化铝(Al2O3)涂层比较脆，在高温循环氧化过程中易剥落，因此该涂层也不能满足实际应用的要求。在许多提高抗氧化性的涂层工艺中，包埋渗是一种相对简单的工艺但仍被广泛地应用。TiAl合金经过包埋渗铝之后表面形成了具有四方结构的钛铝三(TiAl3)相。尽管钛铝三(TiAl3)相中铝含量很高，具有形成保护性氧化铝(Al2O3)的能力。但是，由于四方结构的钛铝三(TiAl3)相具有很低的对称性，因而钛铝三(TiAl3)相很脆。因此，TiAl合金经过包埋渗铝处理后，得到的TiAl3涂层中具有很多裂纹，在高温氧化过程中，空气中的氧通过这些裂纹向内扩散到TiAl基体的表面，因而在表面形成不具保护性的氧化铝(Al2O3)+氧化钛(TiO2)的混合物，导致在高温循环氧化过程中涂层的剥落。研究结果表明：在钛铝三(TiAl3)相中添加8原子百分数(at.％)Cr后，可将钛铝三(TiAl3)相的四方结构转化成高对称的立方L12结构。研究结果表明：立方L12结构的铝67(Al67)钛25(Ti25)铬8(Cr8)相的抗高温氧化性能明显优于钛铝三(TiAl3)相。
本发明的目的是采用铝铬共渗的方法在TiAl合金表面得到具有立方L12结构的铝67(Al67)钛25(Ti25)铬8(Cr8)涂层，以提高TiAl合金的抗高温氧化性能。
发明内容：
本发明是采用下列技术方案来实现：
(1)成分及配比
铬改性铝化物涂层按原子百分比由铝67(Al67)钛25(Ti25)铬8(Cr8)等元素组成。制备铬改性铝化物涂层用渗剂的配比为：按重量百分比计8-12％铝(Al)为200目，25-35％铬(Cr)为100目，1-3％氯化钠(NaCl)为分析纯，2-4％氯化氨(NH4Cl)为分析纯，其余为三氧化二铝(Al2O3)为200目。
(2)制备工艺
埋渗的方法来制备铬改性的铝化物涂层。其制备工艺为：按量准确称取渗剂，将称取好的渗剂置于研钵中研磨，用搅拌机对研磨好的渗剂进行搅拌，使其充分混合。将充分混合好的渗剂置于温度为110℃的烘箱中进行烘干。把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入此渗剂中，平行放置的试样之间的距离不小于5mm。将装有试样的坩埚置于高温电阻炉后，通入干燥氩气，然后将电阻炉加热到1100℃，通过控制保温时间，可以实现在TiAl合金表面制备不同厚度的铬改性铝化物涂层。
本发明的优点是：TiAl合金经过包埋渗铝处理后，表面涂层由具有四方结构的TiAl3相组成。尽管TiAl3相中铝含量很高，具有形成保护性氧化铝(Al2O3)的能力。但是，由于四方结构的TiAl3相具有很低的对称性，因而TiAl3相很脆。因此，TiAl合金经过包埋渗铝处理后，得到的TiAl3涂层中具有很多裂纹，在高温氧化过程中，空气中的氧通过这些裂纹向内扩散到TiAl基体的表面，因而在表面形成不具保护性的氧化铝(Al2O3)+氧化钛(TiO2)的混合物，导致在高温循环氧化过程中涂层的剥落。TiAl合金经过铬改性的铝化处理后，得到的涂层由具有立方L12结构的铝67(Al67)钛25(Ti25)铬8(Cr8)相组成。立方结构的铝67(Al67)钛25(Ti25)铬8(Cr8)相不仅具有很高的铝含量，而且具有优良的韧性，因而使得铬改性的铝化物涂层的抗高温氧化性能显著提高。
具体实施方式：
该包埋渗剂的成分为按重量百分比10％铝(Al)，30％铬(Cr)，3％氯化钠(NaCl)，4％氯化氨(NH4Cl)，53％三氧化二铝(Al2O3)称取；按上述量称取好的渗剂置于研钵中研磨，用搅拌机对研磨好的渗剂进行搅拌，使其充分混合；将充分混合好的渗剂置于温度为110℃的烘箱中进行烘干；把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入此渗剂中，平行放置的试样之间的距离不小于5mm，将装有试样的坩埚置于高温电阻炉后，通入干燥氩气，扩散温度及保温时间分别为1100℃及8小时条件下，沉积得到的铬改性铝化物涂层在1100℃保温60分钟，五分钟迅速冷却至室温的热循环测试中，涂层的热循环寿命达到了500小时，在1050℃保温30分钟，迅速水淬冷却至室温的热冲击测试中，涂层的热循环寿命达到了150次；在1100℃恒温氧化100小时，涂层的氧化增重仅为1.08mg/cm2，达到了完全抗氧化级，实现在TiAl合金表面制备不同厚度的铬改性铝化物涂层。

Claims (1)

1、一种提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备，铬改性铝化物涂层按原子百分比由铝67、钛25和铬8组成，其特征在于：该涂层的制备工艺是采用包埋渗的方法来制备该涂层，其具体作法是：
(1)、先按量准确称取渗剂，渗剂的配比按重量百分比为：8-12％铝为200目，25-35％铬为100目，1-3％氯化钠为分析纯，2-4％氯化氨为分析纯，其余为三氧化二铝为200目；
(2)将称取好的渗剂置于研钵中研磨，用搅拌机对研磨好的渗剂进行搅拌，使其充分混合；
(3)将充分混合好的渗剂置于温度为110℃的烘箱中进行烘干；
(4)把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入此渗剂中，平行放置的试样之间的距离不小于5mm，将装有试样的坩埚置于高温电阻炉后，通入干燥氩气，然后将电阻炉加热到1100℃，通过控制保温时间，可以实现在TiAl合金表面制备不同厚度的铬改性铝化物涂层。
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