[发明专利]一种表面抗氧化涂层及其制备方法与表面改性钛合金

说明书

本发明涉及材料表面改性的技术领域，具体公开了一种表面抗氧化涂层及其制备方法与表面改性钛合金，本发明的表面抗氧化涂层采用Si/MoSi₂复合涂层，其中MoSi₂的物相结构为C11b型MoSi₂，具有优异的高温稳定性；而Si元素以单质的形式存在，可以弥补MoSi₂中Si元素扩散速度较慢的缺点，有利于在涂层表面迅速形成SiO₂保护层；同时，控制Si和MoSi₂物质的量之比为(1～1.5):1，能够保证足够的Si元素与O₂反应，促进连续致密的SiO₂保护层的形成，阻止O₂向内部扩散而导致M_OO₃氧化相的生成，从而有效抑制MoSi₂涂层在500～800℃因氧化而造成的“PESTING”粉化现象。

技术领域

本发明涉及表面改性的技术领域，更具体地说，它涉及一种表面抗氧化涂层及其制备方法与表面改性钛合金。

背景技术

钛合金因具有高比强度、低密度、高耐热性等特点，在航天发动机部件、船舶内燃机的零部件等高温部件中具有良好的应用前景。500℃以下，在氧气存在的环境中，钛会发生氧化反应，在钛合金表面生成一层结合良好且致密的氧化膜，从而防止钛合金被继续氧化。然而，当温度继续升高时，氧化膜逐渐变得疏松多孔，无法抑制氧气向钛合金内部扩散，导致钛合金的抗氧化性下降。因此，钛合金的工作环境温度一般限制在500℃以内。

为了使得钛合金能够满足高温部件在500℃以上的服役条件，研究者通常采用表面改性技术在钛合金表面制备抗氧化涂层，在不改变钛合金整体性能的前提下，提高钛合金在高温下的抗氧化性。常用的表面改性技术主要通过离子注入、气相沉积、激光熔覆、等离子喷涂等方法在钛合金表面形成涂层。在高温氧化环境中，该涂层能够在钛合金表面形成连续致密的氧化膜(如SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等)，可以防止涂层表面的进一步氧化。其中，由于在高温条件下MoSi₂能够在其表面形成一层致密SiO₂保护层，因而具有十分优异的高温抗氧化性能，被认为是最适合工程应用的高温涂层材料之一。

公告号为CN109321865B的专利文献公开了一种在钛合金表面形成MoSi₂抗氧化涂层的方法，该方法首先采用等离子喷涂技术在钛合金表面形成40～70μm的Mo涂层，再利用Si片为辅助电极，Pt片为参比电极，表面带有Mo涂层的钛合金片为工作电极，在熔融盐体系中进行电沉积，经过电沉积能够在钛合金表面形成厚度约为3～10μm的MoSi₂涂层。通过在钛合金表面形成MoSi₂保护涂层，解决了钛合金在600℃以上抗氧化能力差的问题。

众所周知，MoSi₂涂层在500～800℃的温度区间存在“PESTING”粉化现象，也就是Mo发生氧化形成的MoO₃氧化相挥发，破坏了涂层表面形成的SiO₂保护膜的连续性，导致氧化加剧，上述专利文献提供的钛合金表面形成MoSi₂抗氧化涂层的方法，由于在钛合金基体和MoSi₂涂层之间还形成有Mo涂层，更容易在500～800℃的温度区间被氧化而生成MoO₃氧化相，提高了“PESTING”现象进一步恶化的可能性。

发明内容

为了改善表面抗氧化涂层MoSi₂在500～800℃的温度区间的“PESTING”粉化现象，本发明提供了一种表面抗氧化涂层与制备方法，并且将表面抗氧化涂层应用于钛合金，对钛合金表面进行改性，以提高钛合金的抗氧化性能，尤其是在500～800℃中温区的抗氧化性能。

第一方面，本发明提供一种表面抗氧化涂层，采用如下的技术方案实现：