一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬抗氧化涂層領(lǐng)域，具體涉及一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)材料的研發(fā)和應(yīng)用一直是科技發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步的基石，近年來(lái)，航空航天、汽車工業(yè)取得了飛速的發(fā)展，先進(jìn)航空航天用高性能結(jié)構(gòu)材料應(yīng)當(dāng)符合以下條件:低密度、高的比強(qiáng)度與比剛度、良好的高溫抗氧化性能。
[0003]TiAl基合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度和低密度，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)，雖然TiAl基合金的相關(guān)研究工作已經(jīng)取得了相當(dāng)大的突破，但是在實(shí)現(xiàn)該類合金的工程化應(yīng)用的道路上還有許多的難題需要盡快解決，例如當(dāng)溫度在800 °C以上時(shí)，TiAl基合金就面臨抗氧化性能不足的問(wèn)題，而TiAl基合金的熱加工及熱處理均在900°C?1300 °C之間，因此，防止TiAl基合金在高溫處理時(shí)的氧化行為，對(duì)合金的開發(fā)與應(yīng)用具有重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者研究了 TiAl基合金高溫變形及熱處理時(shí)抗氧化的方法，主要通過(guò)使用特殊包套來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，使用包套工藝流程比較復(fù)雜，加工包套以及抽真空的成本較高，并且在加工過(guò)程中，由于包套的變形與TiAl基合金變形的不一致性，造成TiAl基合金變形不均勻和容易出現(xiàn)裂紋缺陷，同時(shí)，變形后包套與合金的分離比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化、不影響TiAl基合金高溫變形能力、涂層與基體在常溫下分離方便的TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:
S12 50 %?80 % ；
Na2O 5 %?30 % ；
CaO 5 %?30 % ；
Al2O3 5 %?10 %。
[0006]優(yōu)選的，TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:
S12 60 %?75 % ；
Na2O 10 %?20 % ；
CaO 10 %?20 % ；
Al2O3 7 %?9 %。
[0007]優(yōu)選的，TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:
S12 62 % ；Na2O 15 % ；
CaO 15 %；
Al2O3 8 %。
[0008]一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:
(1)取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，按比例混合均勻，加熱至1300 °C?1500°C，保溫6 h?8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用；
(2)將步驟(I)所得高溫抗氧化涂層原料加熱到1100°C?1300 0C的粘流態(tài)，然后，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，即可得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基
I=IO
[0009]優(yōu)選的，步驟(I)中加熱溫度為1400 °C，保溫時(shí)間為保溫6 ho
[0010]優(yōu)選的，步驟(2)中加熱溫度為1200°C。
[0011]通過(guò)上述方法制備的抗氧化涂層可在1300°C以下條件下對(duì)TiAl基合金進(jìn)行有效的抗氧化保護(hù)。將TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，抗氧化涂層可以將TiAl基合金和空氣有效的隔離開，可以有效防止TiAl基合金在高溫?zé)崽幚砗妥冃螚l件下被氧化。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有:(I)比傳統(tǒng)的TiAl基合金高溫抗氧化方法容易實(shí)行，實(shí)施工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低，工藝實(shí)施成本低；(2)所采用的原料成本低廉，可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益高；(3)抗氧化涂層在高溫下不會(huì)腐蝕TiAl基合金，對(duì)其沒有破壞和污染；(4)TiAl基合金高溫處理之后，在冷卻的過(guò)程中，由于抗氧化涂層和TiAl基合金膨脹系數(shù)的差異，抗氧化涂層會(huì)自動(dòng)脫落，去除抗氧化涂層容易。
[0013]綜上所述，本發(fā)明組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化，不影響TiAl基合金高溫變形能力，涂層與基體在常溫下分離方便，有效的克服了現(xiàn)有技術(shù)使TiAl基合金變形不均勻、容易出現(xiàn)裂紋的缺陷及變形后包套與合金分離比較困難弊端，適于工業(yè)化應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)介紹，但不局限于此。
[0015]實(shí)施例1
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 80 %,Na20 5 %,CaO 5 % ,Al2O3 10 %混合均勻，加熱至13000C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1100°(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0016]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.007 mg/cm2。
[0017]實(shí)施例2
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 50 % ,Na2O 30 % ,CaO 15 % ,Al2O3 5 %混合均勻，加熱至1500 °C，保溫8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1300 °(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0018]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.006 mg/cm2。
[0019]實(shí)施例3
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 50 % ,Na2O 13 % ,CaO 30 % ,Al2O3 7 %混合均勻，加熱至1400 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1200 °(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0020]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.006 mg/cm2。
[0021 ] 實(shí)施例4
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 71 % ,Na2O 10 % ,CaO 10 % ,Al2O3 9 %混合均勻，加熱至1350 °C，保溫7 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1150 °C°C的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0022]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.005 mg/cm2。
[0023]實(shí)施例5
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 75 %,Na20 14 % XaO 5 % ,Al2O3 6 %混合均勻，加熱至14500C，保溫7 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1250°(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0024]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.008 mg/cm2。
[0025]實(shí)施例6
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 50 % ,Na2O 20 % XaO 20 % ,Al2O3 10 %混合均勻，加熱至1350 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1100 °(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0026]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.007 mg/cm2。
[0027]實(shí)施例7
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)將S12 62 % ,Na2O 15 % ,CaO 15 % ,Al2O3 8 %混合均勻，加熱至1400 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1200 °(:的粘流態(tài)，然后，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0028]采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.003 mg/cm2。
[0029]對(duì)比例
采用氧化增重法測(cè)試TiAl基合金抗氧化性能，將邊長(zhǎng)為10 mm正方體的TiAl基合金經(jīng)1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.080 mg/cm20
[0030]通過(guò)對(duì)實(shí)施例1至7與對(duì)比例抗氧化性能對(duì)比，可以得出所制備的TiAl基合金高溫抗氧化涂層具有很好的抗氧化性能，且材料簡(jiǎn)單易得，工藝簡(jiǎn)單，適于工業(yè)應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成: S12 50 %?80 % ； Na2O 5 %?30 % ； CaO 5 %?30 % ； Al2O3 5 %?10 %。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成: S12 60 %?75 % ； Na2O 10 %?20 % ； CaO 10 %?20 % ； Al2O3 7 %?9 %。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于所述的由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成:S12 62 % ； Na2O 15 % ； CaO 15 %； Al2O3 8 %。4.權(quán)利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，按比例混合均勻，加熱至1300°C?1500°C，保溫6 h?8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用； (2)將步驟(I)所得高溫抗氧化涂層原料加熱到11000C?1300 0C的粘流態(tài)，然后，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，即得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中加熱溫度為1400°C，保溫時(shí)間為保溫6 ho6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中加熱溫度為1200°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法，涂層由SiO2、Na2O、CaO、Al2O3組成；制備方法是：首先，按組分比例取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，加熱至1300 ℃～1500 ℃保溫后冷卻，然后將所得高溫抗氧化涂層原料加熱到粘流態(tài)，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態(tài)的涂層原料中，即可得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。本發(fā)明組分配比合理、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化，不影響TiAl基合金高溫變形能力，適于工業(yè)化應(yīng)用。
【IPC分類】C04B35/66, C23C26/02
【公開號(hào)】CN105714287
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610148554
【發(fā)明人】劉莉, 王爽, 邱晶, 劉曉東, 黃明明
【申請(qǐng)人】蘇州萊特復(fù)合材料有限公司