[发明专利]一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料高温抗氧化领域，具体涉及一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法，用于钛铝合金抗高温氧化。

技术背景

钛铝合金具有密度低、比强度高、弹性模量高、高温抗蠕变能力好等优点，是一种极具应用前景的高温材料，被应用于航空发动机高压压风机和涡轮叶片等高温零部件。然而，钛铝合金的实际使用温度被限制在750-800℃，由于在更高温度下，钛和铝与氧的亲和能力差不多，合金表面形成的是TiO₂和Al₂O₃混合层，氧化膜的生长速率很快，容易发生剥落。

为了克服以上问题，国内外学者采用了合金化、离子注入法、表面涂层和阳极氧化等方法改性来提高钛铝合金的使用温度。其中，阳极氧化法是一种控制阳极氧化参数制备结构和性能不同阳极氧化膜的方法，氧化膜由基体原位生长出来，与基体结合力好。然而，国内外对于钛铝合金阳极氧化提高高温抗氧化性的报道非常少，常见的只有磷酸体系，制备获得的阳极氧化膜的使用温度也只限制在800℃。因此，需要开发出新的阳极氧化体系，提高钛铝合金在更高温度下的抗氧化性能。乙二醇是一种常见的有机溶剂，由于其良好的溶解性，可以添加少量其他物质用于电化学相关研究；同时低廉的成本使其在工业应用上也有广阔的前景。钛是比较稳定的金属，然而氟化物对金属钛具有腐蚀作用，添加氟化物的乙二醇溶液常被用于制备TiO₂纳米管。因此，利用氟化物对钛的腐蚀作用，通过在添加氟化物的乙二醇溶液中阳极氧化的方法可以在钛铝合金表面制备一层Ti含量少Al含量多的氧化膜，在高温氧化时表面形成连续致密的氧化铝薄膜，阻碍基体的进一步氧化；同时由于氟离子在电化学阳极氧化中有自组装作用，形成的氧化膜相对于表面涂层技术比较均匀，在高温氧化时不容易造成局部开裂。研究和实现添加氟化物的乙二醇溶液中阳极氧化提高钛铝合金高温抗氧化性能对于钛铝合金在航空工业的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法，阳极氧化后在表面形成富Al层，提高钛铝合金在1000℃高温下的抗氧化性能。

本发明采用的技术方案是：

一种添加氟化物的乙二醇溶液中钛铝合金阳极氧化的方法，所述方法为：

以打磨清洗后的钛铝合金试样作为阳极，以石墨或铂片为对电极，在电解液中采用恒压模式阳极氧化，所述电解液的成分为下列之一：含有质量分数0.1-10％氟化物的乙二醇溶液、含有质量分数0.1-10％氟化物和质量分数0～15％水的乙二醇溶液；所述阳极和对电极的间距控制在1-10cm，氧化电压为2-60V，阳极氧化时电解液的温度保持在5-50℃，氧化时间0.1-20h；阳极氧化结束后取出氧化后试样，用无水乙醇超声清洗、吹干，制得阳极氧化处理后的钛铝合金。

所述氟化物为氟化钠、氟化铵、氟化钾、氢氟酸、氟化钙、氟氢酸钾中的一种或者两种以上的混合，优选氟化铵或氟化钙。

所述氧化电压优选15～60V，更优选30～60V。

所述氧化时间优选1～20h。

所述阳极和对电极的间距优选2.5cm。

各种常规钛铝合金均可适用于本发明，较为优选的，本发明所述的钛铝合金为：Ti-10Al、Ti-20Al、Ti-80Al、Ti-90Al、Ti-70Al、Ti-50Al或Ti-30Al，更优选为Ti-70Al、Ti-50Al或Ti-30Al。

所述阳极氧化时电解液的温度优选25℃。

所述含有质量分数0.1-10％氟化物和质量分数0～15％水的乙二醇溶液中，水的质量分数为0～15％，其中的0代表无限接近于0但不为0。

所述电解液优选为下列之一：含有质量分数0.5～10％氟化物的乙二醇溶液、含有质量分数0.5～10％氟化物和质量分数1～15％水的乙二醇溶液。

所述电解液更优选为下列之一：含有质量分数0.5～5％氟化物的乙二醇溶液、含有质量分数0.5～5％氟化物和质量分数1～15％水的乙二醇溶液。

本发明所述打磨清洗后的钛铝合金试样一般将钛铝合金试样按照以下步骤进行打磨、清洗后得到：首先用砂纸将钛铝合金试样打磨至镜面，然后用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦洗，在丙酮中超声清洗后热风吹干，制得打磨清洗后的钛铝合金试样。这是本领域公知的打磨、清洗方法。

所用的砂纸优选为60目铁砂纸。

本发明制得的阳极氧化处理后的钛铝合金具有良好的抗氧化性能，可用于钛铝合金抗高温氧化。