專利名稱：一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面處理方法，尤其是一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦合金由于密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，特別是鈦鋁基合金具有高溫下優(yōu)異的力學(xué)性能，比如高溫強(qiáng)度和高溫蠕變性能接近于鎳基高溫合金，因此被認(rèn)為是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉片材料鎳基高溫合金的優(yōu)異替代者，用于減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量、提高推重比和飛行安全性能。國際航空工業(yè)的發(fā)展趨勢是使航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片全鈦化，但由于高溫下使用的鈦合金的氧化和氧脆嚴(yán)重影響其熱穩(wěn)定性能和使用壽命，必須通過表面處理和施加合適的抗高溫腐蝕涂層來提高鈦合金抗高溫環(huán)境腐蝕能力，從而加速鈦合金和鈦鋁基合金在工業(yè)領(lǐng)域全面應(yīng)用的步伐。通常提高金屬材料(鎳基高溫合金)的抗高溫腐蝕涂層從時(shí)間發(fā)展順序來講分為三代第一代鋁擴(kuò)散涂層和鉑鋁擴(kuò)散涂層；第二代MCrAlY涂層；第三代熱障涂層。然而它們均不適合鈦合金，MCrAlY涂層和熱障涂層由于高溫下與鈦合金基體嚴(yán)重的互擴(kuò)散使得涂層在很短的時(shí)間便失去對基體的防護(hù)作用，而采用通常對鎳基高溫合金表面制備鋁擴(kuò)散涂層和鉑鋁擴(kuò)散涂層的方法(粉末包埋法和化學(xué)氣相沉積，擴(kuò)散溫度在900℃以上)來對鈦合金表面制備的鋁擴(kuò)散涂層和鉑鋁擴(kuò)散涂層通常存在涂層成分和厚度不易控制、貫穿涂層的表面裂紋等缺點(diǎn)，使得涂層的保護(hù)性能下降，并且影響基體鈦合金的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明提供了一種操作簡單、低溫條件下在鈦合金表面形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，主要分兩步進(jìn)行一、將鈦合金表面經(jīng)打磨、噴砂后，鍍一層鋁(厚度決定最后形成擴(kuò)散鋁涂層的厚度)。二、將表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層。
本發(fā)明的特點(diǎn)應(yīng)用本發(fā)明可在鈦合金表面低溫下形成了無裂紋鋁擴(kuò)散涂層；而且鋁擴(kuò)散涂層的厚度和成分可以通過調(diào)整電弧離子鍍鋁層的厚度和成分(加入其它合金元素如Y、Cr等)來控制。本發(fā)明操作過程中不產(chǎn)生粉末，具有不污染環(huán)境和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且對操作者無害。
具體實(shí)施例方式一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，主要分兩步進(jìn)行一、將鈦合金表面經(jīng)打磨、噴砂后，鍍一層鋁將鈦合金表面使用水磨砂紙打磨至800#；然后用200目玻璃丸噴砂，濕噴，噴砂壓力2.5×105Pa，時(shí)間1min；接著采用電弧離子鍍膜機(jī)鍍鋁，真空室本底真空度為7×103Pa，靶材為純鋁(99.9％)，鍍鋁時(shí)通入氬氣使真空度為0.1-0.3Pa，先用-800V偏壓轟擊清洗鈦合金表面3-5min，然后以-200-300V偏壓鍍鋁至所需厚度，鍍鋁時(shí)脈沖偏壓占空比為20-40％，電弧電壓15-20V，電弧電流60-70A；二、將表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中氬氣保護(hù)下550-650℃低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層，氬氣保護(hù)下鈦合金隨爐升溫至擴(kuò)散溫度，升溫速度不超過8℃/min，擴(kuò)散前真空室本底真空度為7×10-3Pa，通入氬氣使真空度為0.1-0.3Pa后進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為12-48h，隨爐冷卻。
實(shí)施例1γ-TiAl合金表面使用水磨砂紙打磨至800#；然后用200目玻璃丸噴砂，濕噴，噴砂壓力2.5×105Pa，時(shí)間1min；；接著采用電弧離子鍍膜機(jī)鍍鋁，真空室本底真空度為7×10-3Pa，靶材為純鋁(99.9％)，鍍鋁時(shí)通入氬氣使真空度為0.2Pa，先用-800V偏壓轟擊清洗γ-TiAl合金表面3min，然后以-300V偏壓鍍鋁至厚度20μm，鍍鋁時(shí)脈沖偏壓占空比為30％，電弧電壓20V，電弧電流65A；下一步將表面鍍鋁的γ-TiAl合金在真空爐中氬氣保護(hù)下600℃低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層，氬氣保護(hù)下γ-TiAl合金隨爐升溫至擴(kuò)散溫度，升溫速度不超過8℃/min，擴(kuò)散前真空室本底真空度為7×10-3Pa，通入氬氣使真空度為0.1Pa后進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為24h，隨爐冷卻。經(jīng)測試該涂層在空氣中900℃下等溫氧化300h和循環(huán)氧化200次(1次為氧化1h+15min空冷)，表面形成一層黏附性良好的保護(hù)性氧化鋁膜對涂層和基體γ-TiAl合金起到了良好的保護(hù)作用，涂層未見開裂和剝落。
實(shí)施例1O相Ti22Al26Nb合金表面使用水磨砂紙打磨至800#；然后用200目玻璃丸噴砂，濕噴，噴砂壓力2.5×105Pa，時(shí)間1min；；接著采用電弧離子鍍膜機(jī)鍍鋁，真空室本底真空度為7×10-3Pa，靶材為純鋁(99.9％)，鍍鋁時(shí)通入氬氣使真空度為0.2Pa，先用-800V偏壓轟擊清洗Ti22Al26Nb合金表面3min，然后以-300V偏壓鍍鋁至厚度20μm，鍍鋁時(shí)脈沖偏壓占空比為30％，電弧電壓20V，電弧電流65A；下一步將表面鍍鋁的Ti22Al26Nb合金在真空爐中氬氣保護(hù)下600℃低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層，氬氣保護(hù)下Ti22Al26Nb合金隨爐升溫至擴(kuò)散溫度，升溫速度不超過8℃/min，擴(kuò)散前真空室本底真空度為7×10-3Pa，通入氬氣使真空度為0.1Pa后進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為24h，隨爐冷卻。經(jīng)測試該涂層在空氣中800℃下等溫氧化300h和循環(huán)氧化200次(1次為氧化1h+15min空冷)，表面形成一層黏附性良好的保護(hù)性氧化鋁膜對涂層和基體Ti22Al26Nb合金起到了良好的保護(hù)作用，涂層未見開裂和剝落。
權(quán)利要求
1.一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，其特征在于，主要分兩步進(jìn)行一、將鈦合金表面經(jīng)打磨、噴砂后，鍍一層鋁；二、將表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，其特征在于，步驟一的具體操作如下將鈦合金表面使用水磨砂紙打磨；然后玻璃丸噴砂，濕噴，噴砂壓力2.5×105Pa，時(shí)間1min；接著采用電弧離子鍍膜機(jī)鍍鋁，真空室本底真空度為7×10-3Pa，靶材為純鋁(99.9％)，鍍鋁時(shí)通入氬氣使真空度為0.1-0.3Pa，先用-800V偏壓轟擊清洗鈦合金表面3-5min，然后以-200-300V偏壓鍍鋁至所需厚度，鍍鋁時(shí)脈沖偏壓占空比為20-40％，電弧電壓15-20V，電弧電流60-70A。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，其特征在于，步驟二的具體操作如下表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中氬氣保護(hù)下550-650℃低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層，氬氣保護(hù)下鈦合金樣品隨爐升溫至擴(kuò)散溫度，升溫速度不超過8℃/min，擴(kuò)散前真空室本底真空度為7×10-3Pa，通入氬氣使真空度為0.1-0.3Pa后進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散時(shí)間為12-48h，隨爐冷卻。
全文摘要
一種在鈦合金表面低溫下形成無裂紋擴(kuò)散鋁涂層的方法，主要分兩步進(jìn)行一、將鈦合金表面經(jīng)打磨、噴砂后，鍍一層鋁。二、表面鍍鋁的鈦合金在真空爐中低溫?cái)U(kuò)散形成無裂紋鋁擴(kuò)散涂層。應(yīng)用本發(fā)明可在鈦合金表面低溫下形成了無裂紋鋁擴(kuò)散涂層；而且鋁擴(kuò)散涂層的厚度和成分可以通過調(diào)整電弧離子鍍鋁層的厚度和成分(加入其它合金元素如Y、Cr等)來控制。本發(fā)明操作過程中不產(chǎn)生粉末，具有不污染環(huán)境和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而且對操作者無害。
文檔編號B24C1/00GK1924077SQ200610047749
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者張軻, 曹中秋 申請人:張軻, 曹中秋