[发明专利]一种高频感应辅助自蔓延TiAl系金属间化合物涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种高频感应辅助自蔓延TiAl系金属间化合物涂层的制备方法，涉及材料表面工程领域。该方法的特点是：首先，对钛粉、铝粉按比例压制预制坯；接着，用砂纸打磨基体表面；最后，用高频感应辅助自蔓延方法将基体和涂层预热并点燃自蔓延反应获得TiAl金属间化合物涂层。本发明工艺简单、加热效率高、成本低，获得涂层光滑、致密、气孔率低、结合强度高。可以广泛应用在工模具及结构零部件等表面处理和再制造，提高它们的寿命。

技术领域

本发明涉及材料表面工程领域，具体涉及一种高频感应辅助自蔓延TiAl系金属间化合物涂层的制备方法。

背景技术

TiAl系金属间化合物具有比重小，比刚度和比强度高，高温强度好，使用温度高等优点，还具有较好的抗高温、抗腐蚀、抗蠕变以及抗疲劳性能等优点，重点应用于航空航天领域和汽车领域，如发动机叶片、涡轮、排气阀等部件，TiAl系金属间化合物被认为是极具应用前景的新型轻质高温结构材料之一。为了改善钢铁的高温性能，常常在其表面涂覆一层TiAl系金属化合物涂层。在制备TiAl系金属化合物涂层的表面工程技术中，自蔓延高温合成(SHS)技术是一种快速、简单、经济且界面清洁的原位生成TiAl系金属间化合物涂层的技术。但是，仅仅采用单一SHS法制备TiAl系金属间化合物涂层，尤其在制备薄涂层时，面临SHS反应层薄，总放热量少，再加上金属基体良好的导热性，无法使基体金属表面处于熔融状态，导致涂层与金属基体的结合性能不佳。所以，常常要采用辅助热源将基体预热或提升基体表面的温度。与超音速、激光、加热炉和等离子等相比，高频感应具有工艺简单、加热速度快、热损少、加热效率高、无污染、加工质量高、成本低等优点，可以作为自蔓延复合涂层的辅助热源。但目前，采用高频感应辅助自蔓延制备TiAl系金属化合物涂层几乎没有。

公布号CN105331973A公布了一种钛合金表面制备高Nb钛铝基合金抗氧化涂层的方法。该方法采用激光熔覆的工艺在钛合金板上激光熔覆Ti-Al-Nb混合粉末随后进行真空高温(>1150℃)热处理进而获得Ti₃Al+TiAl双相涂层。该方法为减少激光熔覆时Ti和Al反应时溅射进而导致涂层孔洞及裂纹多的缺陷采用真空高温热处理，该方法工艺复杂且设备昂贵，不宜用钢基体。公布号CN103628014A公布了一种钛合金的抗空蚀表面Ti-Al化涂层的制备方法。该方法对钛合金先浸镀铝后再氩气或真空中进行550-1000℃的扩散退火获得TiAl₃涂层，该方法不适合钢基体。公布号CN103898465A公布了钛合金表面磁控溅射制备钛铝金属间化合物涂层的方法。该方法采用钛铝金属间化合物靶材，生成涂层非原位生成且设备复杂。西安第二炮兵工程学院(李平)采用超音速电弧喷涂的方法在45钢表面制备Ti-Al涂层(李平,王汉功.45钢表面超音速电弧喷涂Ti-Al涂层的组织与性能研究[J].材料保护,2002,35(11):12-14)。该方法采用喷涂方式导致涂层结合强度不高，与此同时Ti和Al反应时无法施加外压力导致涂层致密度不大。哈尔滨工业大学材料科学与工程学院(吕志军)采用等离子喷涂方法在Q235钢上原位合成Ti-Al金属化合物涂层(吕志军.反应等离子喷涂制备Ti-Al金属间化合物复合涂层的研究[D].哈尔滨工业大学,2009)。该方法也具有喷涂共性的缺陷。要得到原位Ti-Al金属间化合物涂层必须采用合适的辅助热源及加压方式。这些方法都没有涉及到高频感应辅助自蔓延制备TiAl系金属化合物涂层的制备方法。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种直接在金属表面借助高频感应辅助自蔓延方法制备光滑、致密、气孔率低、结合强度高的高质量TiAl涂层。该方法具有加热效率高和成本低的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高频感应辅助自蔓延TiAl系金属间化合物涂层的制备方法，包含如下步骤：

(1)将Ti粉和Al粉混匀，然后加入丙酮，在40～55℃超声条件下搅拌，待丙酮挥发至搅拌困难为止；然后真空干燥处理，得到混料；随后在钢模具底部平铺过干燥后的混料，压制成密实度50％～70％的粉块，置于真空干燥环境中备用；