[发明专利]一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法

说明书

本发明涉及合金材料表面处理领域，尤其涉及一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法。所述方法包括以下步骤：以含有卤素元素的的卤素盐配制盐溶液，将钛基合金置于盐溶液中，置于密封反应器中进行至少一次水热处理，最后冷却并清洗、干燥即可。本发明方法能够有效提高钛基合金的抗高温氧化性能；能够避免钛基合金力学性能下降的问题发生；处理方法简洁高效，操作难度更低、成本更低、对设备的需求也更低，同时处理效率更高，更加适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及合金材料表面处理领域，尤其涉及一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法。

背景技术

TiAl基金属间化合物合金(简称TiAl合金)，具有密度低(为目前广泛使用Ni基合金的50％)、同时比强度和比刚度高且高温蠕变性能较好等特点。可广泛应用于汽车或航空发动机的高温部件，如：压气机叶片、排气阀和增压涡轮等，特别是在航空高温结构材料方面，TiAl基合金是替代镍基高温合金的理想材料，被认为是极具应用前景的新型轻质高温结构材料之一。然而，当TiAl合金使用温度超过750℃时，TiAl合金抗高温氧化性能迅速恶化，由于在更高温度下，钛和铝与氧的亲和能力非常接近，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。这严重影响了合金的使用性能。

为克服以上不足，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服役温度。合金设计主要包括两个方面，一是提高TiAl合金中基本元素Al的含量，这固然有利于其抗氧化性能的改善，但Al含量不宜太高，否则一旦析出脆性的TiAl₃将影响其力学性能。二是通过加入第三种或者多种合金元素，如：Nb,Sb,Si,Cr,Y,Mo等虽然也可有效改善TiAl合金的高温抗氧化性能，但加入量过高通常会导致TiAl合金力学性能下降。离子注入法虽然注入量可控、重复性较好，但涉及的设备较昂贵、生产效率较低，且对TiAl合金成分改变的深度仅局限在表面较浅的范围(1μm)。而防护涂层，如金属涂层MCrAl(Y)、陶瓷涂层(如SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂等)以及扩散涂层(如Al、Si等)等虽然可作为屏蔽层阻挡氧气向基体渗透，但各自仍存在一定的问题。金属涂层与基体间的互扩散较严重，界面易析出硬脆相，同时产生柯肯达尔孔洞，严重降低了涂层与基体的结合强度；扩散涂层与基体热膨胀系数相差较大。

中国专利局于2018年9月4日公开了一种提高钛基合金抗高温氧化的方法的发明专利申请，申请公开号为CN108486631A，其通过在钛基表面制备一层掺杂有活性元素的氧化膜的方式提高钛基合金的抗高温氧化性能。该技术方案随能够非常有效地提高钛基合金的抗高温氧化性能，但是其采用电沉积的方式，本身存在一定的污染性，并且在大规模工业化生产的过程中具有一定的局限性，同样稀土元素的掺杂也提高了处理的成本。

发明内容

为解决现有的钛基合金抗高温氧化能力不足，而现有的优化方法或存在降低了钛基合金力学性能，或存在着成本高并且存在一定的污染性，或现有的处理方式存在较大的局限性，大多仅适用于平板合金处理等问题，本发明提供了一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法。本发明的目的在于：一、提高钛基合金的抗高温氧化性能；二、简化处理方法、降低处理操作难度，更加简洁高效；三、降低成本、提高处理效率，易于实现，更加适用于工业化生产；四、不产生降低钛基合金力学性能等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种水热处理提高钛基合金抗高温氧化性能的方法，

所述方法包括以下步骤：

以含有卤素元素的的卤素盐配制盐溶液，将钛基合金置于盐溶液中，置于密封反应器中进行至少一次水热处理，最后冷却并清洗、干燥即可。