[发明专利]一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法

说明书

本发明涉及合金材料，具体涉及一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法。本发明的制备方法，包括如下步骤：(1)球磨：将配制好的镍、钼、硅粉末放入球磨机球磨获得合金粉末混合物；(2)预制：以甲基纤维素溶液作为粘接剂，将合金粉末混合物预置于钛合金TC4基体表面，并在120℃干燥炉保温2小时；(3)采用半导体激光器单道扫描预置有合金粉末的钛合金TC4表面，制备出高温抗氧化复合涂层；本技术采用激光熔覆技术，以Ni‑Mo‑Si合金粉末为原料，在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层，研究了涂层的物相组织结构、显微硬度及高温抗氧化性能。

技术领域

本发明涉及合金材料，具体涉及一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要结构金属，钛合金具有高的比强度和比刚度、良好的抗腐蚀性能等性能优点，已在航空航天、船舶、兵器、海洋、石油化工、生物医学工程等领域中得到广泛应用。但其硬度较低、耐磨性差，在高温环境下表面易氧化脱落，限制了其作为运动副零部件的应用，比如航空发动机的涡轮叶片、排气阀等。

由于磨损及氧化均起源于材料或零部件的表面，采用合适的表面工程手段在材料表面制备高硬度、耐磨性好、抗氧化性能高的涂层无疑具有较高的经济性和可行性，不仅可以拓宽其应用领域(如核能、军工、冶金等领域；高速、高温、重载等环境)，还可有效提高材料或零部件的使用寿命，节约成本、保护环境。激光熔覆技术是一种新型的表面改性技术，该技术是采用高能激光束为热源，将设计好的合金粉末或复合粉末预置或同步送入基体表面，在激光束的辐照下迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低、与基体呈牢固冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及生物相容等性能的一种表面改性方法。

目前国内外研究普遍通过提高Ti6Al4V合金的表面硬度来增强其耐磨性能，但是作为常见硬质相的WC、TiN和VC在高温(高于800℃)下极易被氧化，并不能提高钛合金的高温抗氧化性能。

新型钼硅基材料，如MoSi₂，具有较高的熔点(2030℃)，优异的抗氧化性能(抗氧化温度可达到1600℃以上)，高硬度(维氏硬度8.5GPa)，较低的热膨胀系数(8.1×10^-6K^-1)以及适中的密度(6.24g/cm³)，是极有潜力的高温抗氧化涂层候选材料。MoSi₂的制备方法与其使用性能密切相关，传统的制备方法有粉末压制、高温烧结、热喷涂等，但由于其高熔点及合成过程中氧化问题的限制，制备出的MoSi₂性能并不好。现在主要采用等离子喷涂、自蔓延高温合成、固态反应、激光熔覆等方法制备MoSi₂。杨森等利用激光熔覆技术在铝合金表面制备MoSi₂/SiC复合涂层，涂层组织主要由Mo(Si,Al)₂、SiC、α-Al、Mo₅Si₃等相组成，熔覆层显微硬度较基体材料有大幅度提高，最大可达到850HV_0.2。张龙华等以Ni-Mo-Si-C-Ti混合粉末为原料，利用等离子熔覆技术在Q235基材表面原位合成了以MoSi₂和TiC为增强相，以γ-(Ni,Fe)为主要基体相的耐磨抗高温氧化复合涂层。郑亮等为改善钛合金的硬度和耐磨性能，在TC4合金表面激光熔覆纯Ti粉、Ti-15％(Mo+Si)和Ti-30％(Mo+Si)混合粉末，其中熔覆Ti-30％(Mo+Si)涂层上部出现了镶嵌在组织中的块状Mo₅Si₃、MoSi₂硬质相，硬度达到HV_0.2 900-1120，强化方式主要为细晶强化、弥散强化。

发明内容

本发明是为了提高钛合金的高温抗氧化性能，提供一种可提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法。

其方案是，包括如下步骤：