一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法
【專利摘要】一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，涉及合金涂層的處理方法，本發(fā)明提出了在程序控溫和控制熱處理氣氛條件下將鈦合金表面的熱浸鍍鋁涂層轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層的方法。其中，控制熱處理氣氛包括兩種情況，一種是在真空條件下對熱浸鍍鋁涂層進行熱處理，另一種是在除去系統(tǒng)中水蒸氣的條件下對熱浸鍍鋁涂層進行熱處理。程序控溫是指按照一定的順序調(diào)節(jié)熱浸鍍鋁涂層所處的溫度。通過這種方法，可以使鈦合金表面的熱浸鍍鋁涂層在轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層時保持連續(xù)和完整的狀態(tài)，消除了鈦-鋁涂層中常見的微裂紋，從而實現(xiàn)對鈦合金的有效防護。
【專利說明】一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金涂層的處理方法，特別是涉及一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有重量輕和高溫強度大的特點，因此被認(rèn)為是航空和汽車工業(yè)的理想材料。部分燃氣輪機已經(jīng)開始使用鈦合金，發(fā)動機效率得到提升。致力于開發(fā)以鈦合金為材料的超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機的研發(fā)正在進行當(dāng)中。但是，鈦合金在高溫時的氧化性能變差，這限制了鈦合金的應(yīng)用。鈦合金能保持熱穩(wěn)定性的最高溫度低于其可保持有效力學(xué)性能時的最高溫度。為改善鈦合金的高溫氧化性能，提高合金的使用溫度，在不改變合金成分和結(jié)構(gòu)的條件下，有必要對合金進行表面改性。
[0003]經(jīng)過熱處理的熱浸鍍鋁涂層可以明顯改善Y -TiAl、Ti3Al-Nb和T1-6A1_4V等合金的高溫氧化性能。對Y-TiAl表面熱浸鍍鋁涂層的考察時間已經(jīng)達到1000小時，涂層的熱穩(wěn)定性良好，其缺點是涂層內(nèi)部存在微裂紋，有個別裂紋是貫穿性的。向鈦合金表面熱浸鍍鋁涂層中單獨添加S1、Mn、Ag等元素，可以改善涂層的外觀和結(jié)構(gòu)，但是未能完全消除非貫穿性微裂紋的形成。
[0004]鈦-鋁金屬間化合物含有活潑元素鈦(Ti)和鋁(Al)，存在環(huán)境脆性，其環(huán)境脆性的實質(zhì)是氫致脆性?？諝庵械奈⒘克膳c鈦-鋁金屬間化合物中的鋁原子發(fā)生反應(yīng)生成氫原子(H)，這種在試樣表面生成的高活性氫原子容易進入金屬而引起脆性。如果除去熱處理系統(tǒng)氣氛中的水蒸氣或氫氣，則可防止熱浸鍍鋁涂層的表面在熱處理條件下生成活潑性氫原子，從而避免氫致脆性，消除鈦-鋁防護涂層中的微裂紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，本方法在程序控溫和控制熱處理氣氛條件下將鈦合金表面的熱浸鍍鋁涂層轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層的方法。通過這種方法，可以使鈦合金表面的熱浸鍍鋁涂層在轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層時保持連續(xù)和完整的狀態(tài)，消除了鈦-鋁涂層中常見的微裂紋，從而實現(xiàn)對鈦合金的有效防護。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，所述方法包括在真空條件下，或者在除去系統(tǒng)中水蒸氣的條件下對熱浸鍍鋁涂層進行熱處理，熱處理采取程序控溫的方式進行；真空條件是指在鈦合金熱浸鍍鋁涂層熱處理時系統(tǒng)的壓力在10 Pa (帕斯卡)以下；除去系統(tǒng)中水蒸氣的條件是指可以使用的氣氛包括:
(1)除去水蒸氣的空氣，空氣中水蒸氣的含量在0.01%以下；
(2)市售鋼瓶氮氣；
(3)市售鋼瓶氬氣；
(4)市售鋼瓶二氧化碳氣；
程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到第一個穩(wěn)定溫度，其范圍為500?800 °C，在第一個穩(wěn)定溫度下停留的時間為O?600 min。
[0007]所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，所述程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從第一個穩(wěn)定溫度升高到第二個穩(wěn)定溫度，其范圍為600?800 °C，在第二個穩(wěn)定溫度下停留的時間為O?600 min。
[0008]所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，所述程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從第二個穩(wěn)定溫度降低到室溫。
[0009]所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，所述鈦合金包括:工業(yè)純鈦、或鈦基合金、或鈦-鋁金屬間化合物。

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但并不因此限制本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明根據(jù)熱處理時樣品所處系統(tǒng)中氣氛的不同而分為兩種方式，第一種方式是將已經(jīng)接受熱浸鍍鋁工藝處理的鈦合金放到一個可以抽氣的封閉系統(tǒng)內(nèi)部，維持系統(tǒng)內(nèi)的壓力在10 Pa以下，利用可以程序控溫的管式電阻爐對樣品進行熱處理，將熱浸鍍鋁涂層轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層。
[0012]第二種方式是將已經(jīng)接受熱浸鍍鋁工藝處理的鈦合金放到一個管式系統(tǒng)內(nèi)部，帶有一個氣體入口和一個氣體出口，在常壓下向系統(tǒng)內(nèi)通入水蒸氣含量在0.01%以下的氣體，利用可以程序控溫的管式電阻爐對樣品進行熱處理，將熱浸鍍鋁涂層轉(zhuǎn)化為鈦-鋁防護涂層。
[0013]實施例1
對Y-TiAl (合金主要成分為T1-45Al-2Cr-2Nb-0.15B，原子百分?jǐn)?shù))合金進行熱浸鍍鋁處理，將樣品封閉于石英管內(nèi)，在封閉石英管前對其進行抽氣，使其內(nèi)部壓力達到2 Pa以下。將此封閉的石英管放入箱式電阻爐，進行熱處理。熱處理過程中的程序控溫制度如下:以10 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到500 °C，在500 °C保持300 min，再以2 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從500 °C升高到600 °C，在600 °C保持120 min，最后以15°C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從600 0C降低到室溫。
[0014]實施例2
對工業(yè)純鈦(合金牌號為TA2)進行熱浸鍍鋁處理，將樣品放入石英管中，從石英管的一端向其中通入用五氧化二磷干燥的空氣，氣體從另一端流出。將石英管放在管式電阻爐內(nèi)進行熱處理。熱處理過程中的程序控溫制度如下:
以15 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到650 °C，在650 °C保持360 min，再以5 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從650 °C升高到750 °C，在750 °C保持120 min，最后以20°C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從750 0C降低到室溫。
[0015]實施例3
對T1-6A1-4V (合金牌號為TC4)合金進行熱浸鍍鋁處理，將樣品放入石英管中，從石英管的一端向其中通入市售鋼瓶氬氣，氣體從另一端流出。將石英管放在管式電阻爐內(nèi)進行熱處理。熱處理過程中的程序控溫制度如下:
以20 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到600 °C，在600 °C保持360 min，再以5 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從600 °C升高到700 °C，在700 °C保持60 min，最后以15°C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從700 0C降低到室溫。
[0016]實施例4
對Ti3Al (合金主要成分為T1-12.8A1-31.1Nb-0.94Mo，質(zhì)量百分?jǐn)?shù))合金進行熱浸鍍鋁處理，將樣品放入石英管中，從石英管的一端向其中通入市售鋼瓶氮氣，氣體從另一端流出。將石英管放在管式電阻爐內(nèi)進行熱處理。熱處理過程中的程序控溫制度如下:
以20 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到550 °C，在550 °C保持240 min，再以10 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從550 °C升高到800 °C，在800 °C保持10 min，最后以20°C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從800 0C降低到室溫。
[0017]實施例5
對Y-TiAl (合金主要成分為T1-45Al-2Cr-2Nb-0.15B，原子百分?jǐn)?shù))合金進行熱浸鍍鋁處理，將樣品放入石英管中，從石英管的一端向其中通入市售鋼瓶二氧化碳氣，氣體從另一端流出。將石英管放在管式電阻爐內(nèi)進行熱處理。熱處理過程中的程序控溫制度如下:以15 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到500 °C，在500 °C保持420 min，再以10 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從500 °C升高到600 °C，在600 °C保持60 min，最后以15°C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從600 0C降低到室溫。
【權(quán)利要求】
1.一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，其特征在于，所述方法包括在真空條件下，或者在除去系統(tǒng)中水蒸氣的條件下對熱浸鍍鋁涂層進行熱處理，熱處理采取程序控溫的方式進行；真空條件是指在鈦合金熱浸鍍鋁涂層熱處理時系統(tǒng)的壓力在10 Pa (帕斯卡)以下；除去系統(tǒng)中水蒸氣的條件是指可以使用的氣氛包括: (1)除去水蒸氣的空氣，空氣中水蒸氣的含量在0.01%以下； (2)市售鋼瓶氮氣； (3)市售鋼瓶氬氣； (4)市售鋼瓶二氧化碳氣； 程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從室溫升高到第一個穩(wěn)定溫度，其范圍為500?800 °C，在第一個穩(wěn)定溫度下停留的時間為O?600 min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，其特征在于，所述程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從第一個穩(wěn)定溫度升高到第二個穩(wěn)定溫度，其范圍為600?800 °C，在第二個穩(wěn)定溫度下停留的時間為O?600 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，其特征在于，所述程序控溫是以I?30 °C/min的速率將系統(tǒng)的溫度從第二個穩(wěn)定溫度降低到室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱浸鍍鋁涂層的熱處理方法，其特征在于，所述鈦合金包括:工業(yè)純鈦、或鈦基合金、或鈦-鋁金屬間化合物。
【文檔編號】C23C2/28GK104233156SQ201410457162
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張志剛 申請人:沈陽化工大學(xué)