專利名稱：提高TiAl合金抗高溫氧化的鉻改性鋁化物涂層的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是提供一種提高TiAl合金抗高溫氧化腐蝕的鉻改性鋁化物涂層體系與制備工藝，屬鉻改性鋁化物涂層制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
TiAl金屬間化合物具有優(yōu)良的高溫比強(qiáng)度和比剛度，是制造新一代先進(jìn)動(dòng)力裝置最理想的候選材料之一。然而，TiAl金屬間化合物所面臨的主要障礙是其室溫塑性低和在高溫腐蝕環(huán)境中易氧化等問(wèn)題。為了提高TiAl合金的抗高溫氧化性能，國(guó)內(nèi)外均做了大量的研究與探索。概括起來(lái)有兩方面；一是通過(guò)合金化，提高材料整體的抗高溫氧化性，二是對(duì)材料進(jìn)行表面處理，保護(hù)材料不受氧的侵害。從總體發(fā)展與研究成果來(lái)看，添加第三元素對(duì)于提高TiAl合金抗氧化性能是有限的，與實(shí)際應(yīng)用存在一定的距離；因此，進(jìn)一步的研究還需致力于表面處理。目前，研究了一系列的表面處理方法對(duì)TiAl合金抗氧化性能的影響，這些方法包括用包埋滲方法制備鋁化物涂層，用等離子噴涂方法得到的氧化鋁(Al2O3)和鎳(Ni)鉻(Cr)鋁(Al)釔(Y)涂層等，這些涂層可不同程度地提高TiAl的抗氧化性能，但都存在一系列的問(wèn)題。鎳(Ni)鉻(Cr)鋁(Al)釔(Y)涂層在高溫下由于存在與TiAl基體互擴(kuò)散的問(wèn)題，因此該涂層還不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。等離子噴涂方法制備的氧化鋁(Al2O3)涂層比較脆，在高溫循環(huán)氧化過(guò)程中易剝落，因此該涂層也不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。在許多提高抗氧化性的涂層工藝中，包埋滲是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝但仍被廣泛地應(yīng)用。TiAl合金經(jīng)過(guò)包埋滲鋁之后表面形成了具有四方結(jié)構(gòu)的鈦鋁三(TiAl3)相。盡管鈦鋁三(TiAl3)相中鋁含量很高，具有形成保護(hù)性氧化鋁(Al2O3)的能力。但是，由于四方結(jié)構(gòu)的鈦鋁三(TiAl3)相具有很低的對(duì)稱性，因而鈦鋁三(TiAl3)相很脆。因此，TiAl合金經(jīng)過(guò)包埋滲鋁處理后，得到的TiAl3涂層中具有很多裂紋，在高溫氧化過(guò)程中，空氣中的氧通過(guò)這些裂紋向內(nèi)擴(kuò)散到TiAl基體的表面，因而在表面形成不具保護(hù)性的氧化鋁(Al2O3)+氧化鈦(TiO2)的混合物，導(dǎo)致在高溫循環(huán)氧化過(guò)程中涂層的剝落。研究結(jié)果表明在鈦鋁三(TiAl3)相中添加8原子百分?jǐn)?shù)(at.％)Cr后，可將鈦鋁三(TiAl3)相的四方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成高對(duì)稱的立方L12結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明體才立方L12結(jié)構(gòu)的鋁67(Al67)鈦25(Ti25)鉻8(Cr8)相的抗高溫氧化性能明顯優(yōu)于鈦鋁三(TiAl3)相。
本發(fā)明的目的是采用鋁鉻共滲的方法在TiAl合金表面得到具有立方L12結(jié)構(gòu)的鋁67(Al67)鈦25(Ti25)鉻8(Cr8)涂層，以提高TiAl合金的抗高溫氧化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)(1)成分及配比鉻改性鋁化物涂層按原子百分比由鋁67(Al67)鈦25(Ti25)鉻8(Cr8)等元素組成。制備鉻改性鋁化物涂層用滲劑的配比為按重量百分比計(jì)8-12.％鋁(Al)為200目，25-35.％鉻(Cr)為100目，1-3％氯化鈉(NaCl)為分析純，2-4.％氯化氨(NH4Cl)為分析純，其余為三氧化二鋁(Al2O3)為200目。
(2)制備工藝埋滲的方法來(lái)制備鉻改性的鋁化物涂層。其制備工藝為按量準(zhǔn)確稱取滲劑，將稱取好的滲劑置于研磨中研磨，用攪拌機(jī)對(duì)研磨好的滲劑進(jìn)行攪拌，使其充分混合。將充分混合好的滲劑置于溫度為110℃的烘箱中進(jìn)行烘干。把烘干過(guò)的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入此滲劑中，平行放置的試樣之間的距離不小于5mm。將裝有試樣的坩堝置于高溫電阻爐后，通入干燥氬氣，然后將電阻爐加熱到1100℃，通過(guò)控制保溫時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)在TiAl合金表面制備不同厚度的鉻改性鋁化物涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是TiAl合金經(jīng)過(guò)包埋滲鋁處理后，表面涂層由具有四方結(jié)構(gòu)的TiAl3相組成。盡管TiAl3相中鋁含量很高，具有形成保護(hù)性氧化鋁(Al2O3)的能力。但是，由于四方結(jié)構(gòu)的TiAl3相具有很低的對(duì)稱性，因而TiAl3相很脆。因此，TiAl合金經(jīng)過(guò)包埋滲鋁處理后，得到的TiAl3涂層中具有很多裂紋，在高溫氧化過(guò)程中，空氣中的氧通過(guò)這些裂紋向內(nèi)擴(kuò)散到TiAl基體的表面，因而在表面形成不具保護(hù)性的氧化鋁(Al2O3)+氧化鈦(TiO2)的混合物，導(dǎo)致在高溫循環(huán)氧化過(guò)程中涂層的剝落。TiAl合金經(jīng)過(guò)鉻改性的鋁化處理后，得到的涂層由具有立方L12結(jié)構(gòu)的鋁67(Al67)鈦25(Ti25)鉻8(Cr8)相組成。立方結(jié)構(gòu)的鋁67(Al67)鈦25(Ti25)鉻8(Cr8)相不僅具有很高的鋁含量，而且具有優(yōu)良的韌性，因而使得鉻改性的鋁化物涂層的抗高溫氧化性能顯著提高。
具體實(shí)施例方式該包埋滲劑的成分為按重量百分比10％鋁(Al)，30％鉻(Cr)，3％氯化鈉(NaCl)，4％氯化氨(NH4Cl)，53％三氧化二鋁(Al2O3)稱??；按上述量稱取好的滲劑置于研磨中研磨，用攪拌機(jī)對(duì)研磨好的滲劑進(jìn)行攪拌，使其充分混合；將充分混合好的滲劑置于溫度為110℃的烘箱中進(jìn)行烘干；把烘干過(guò)的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入此滲劑中，平行放置的試樣之間的距離不小于5mm，將裝有試樣的坩堝置于高溫電阻爐后，通入干燥氬氣，擴(kuò)散溫度及保溫時(shí)間分別為1100℃及8小時(shí)條件下，沉積得到的鉻改性鋁化物涂層在1100℃保溫60分鐘，五分鐘迅速冷卻至室溫的熱循環(huán)測(cè)試中，涂層的熱循環(huán)壽命達(dá)到了500小時(shí)，在1050℃保溫30分鐘，迅速水淬冷卻至室溫的熱沖擊測(cè)試中，涂層的熱循環(huán)壽命達(dá)到了150次；在1100℃恒溫氧化100小時(shí)，涂層的氧化增重僅為1.08mg/cm2，達(dá)到了完全抗氧化級(jí)，實(shí)現(xiàn)在TiAl合金表面制備不同厚度的鉻改性鋁化物涂層。
權(quán)利要求
1.一種提高TiAl合金抗高溫氧化的鉻改性鋁化物涂層的制備，鉻改性鋁化物涂層由鋁67、鈦25和鉻8組成，其特征在于該涂層的制備工藝是采用包埋滲的方法來(lái)制備該涂層，其具體作法是(1)、先按量準(zhǔn)確稱取滲劑，滲劑的配比按重量百分比為8-12％鋁為200目，25-35％鉻為100目，1-3％氯化鈉為分析純，2-4％氯化氨為分析純，其余為三氧化二鋁為200目；(2)將稱取好的滲劑置于研磨中研磨，用攪拌機(jī)對(duì)研磨好的滲劑進(jìn)行攪拌，使其充分混合；(3)將充分混合好的滲劑置于溫度為110℃的烘箱中進(jìn)行烘干；(4)把烘干過(guò)的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入此滲劑中，平行放置的試樣之間的距離不小于5mm，將裝有試樣的坩堝置于高溫電阻爐后，通入干燥氬氣，然后將電阻爐加熱到1100℃，通過(guò)控制保溫時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)在TiAl合金表面制備不同厚度的鉻改性鋁化物涂層。
全文摘要
一種提高TiAl合金抗高溫氧化的鉻改性鋁化物涂層的制備，該涂層由鋁67、鈦25和鉻8組成，其制備工藝采用包埋滲的方法制備，其方法是先按量準(zhǔn)確稱取滲劑，滲劑的配比按重量百分比為8－12％鋁，25－35％鉻，1－3％氯化鈉，2－4％氯化氨，其余為三氧化二鋁；將稱取好的滲劑進(jìn)行研磨和攪拌；將充分混合好的滲劑置于溫度為110℃的烘箱中進(jìn)行烘干；把烘干過(guò)的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，再將坩堝置入高溫電阻爐后通入干燥氬氣，加熱到1100℃，通過(guò)控制時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在TiAl合金表面制備不同厚度的鉻改性鋁化物涂層。
文檔編號(hào)C23C10/56GK1431338SQ02100328
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2002年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者周春根, 徐惠彬, 宮聲凱 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)