本發(fā)明涉及耐高溫鈦合金復合材料領域，具體涉及一種耐高溫鈦合金復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
鈦合金是一種性能優(yōu)異的金屬材料，其密度低、強度高，在所有金屬中其比強度是最高的。因而，鈦合金在國防、航空航天等領域得到了廣泛應用。但是，鈦合金的耐高溫性能不好，在高溫下，鈦合金非常容易氧化，因而限制了其應用。
公開號為101550496B的發(fā)明專利提供了一種高溫抗氧化TiCp/Ti合金基復合材料的制備方法，它涉及一種高溫抗氧化Ti合金基復合材料的制備方法。它解決了目前鈦合金的高溫抗氧化能力差，高溫環(huán)境中極易發(fā)生氧化、出現(xiàn)氧化層脫落，致使鈦合金的尺寸不斷縮小、其機械性能顯著降低的問題，以及TiCp和TiBw均勻分布的鈦合金基復合材料高溫抗氧化性能提高效果不明顯，仍然存在使用溫度低，高溫服役時間短的缺陷。制備方法：將C粉和Ti合金粉球磨混粉，然后真空燒結。該發(fā)明方法制備出的TiCp/Ti合金基復合材料在提高Ti合金力學性能的基礎上，大幅提高了復合材料的高溫抗氧化能力，700℃環(huán)境中氧化150h，只有表層鈦合金發(fā)生氧化，沒有氧化層脫落發(fā)生，因此具有高溫服役時間長的優(yōu)點。
公開號為104947107A的發(fā)明專利提供了一種鈦及鈦合金表面抗氧化耐磨損復合涂層及其制備方法，屬于表面處理技術領域。該復合涂層由內層隔氧層和外層耐磨抗氧化層組成；隔氧層為富鋁的滲鋁層，其主要成分為TiAl3，耐磨抗氧化層為成分是Al2O3和TiO2的高硬度陶瓷。該方法包括1、鈦或鈦合金表面預處理；2、鈦或鈦合金表面滲鋁處理；3、鈦或鈦合金表面微弧氧化處理。該方法簡單，適合工業(yè)化使用；該復合涂層抗高溫氧化性能要好于現(xiàn)有防護涂層，解決了普通滲鋁形成貫穿性裂紋和噴涂層結合力低的問題，解決了鈦合金普通微弧氧化硬度不足、氮化改性層較薄等問題，滿足大部分鈦合金零部件對耐磨性的要求。
公開號為 105331973A的發(fā)明專利公開了一種鈦合金表面制備高Nb鈦鋁基合金抗氧化涂層的方法。該方法是利用CO2激光束作用下Ti-Al-Nb混合元素粉末之間的原位合成反應及熱處理，在鈦合金表面制備高Nb鈦鋁基合金涂層。涂層制備步驟包括：鈦合金表面預處理、粉末配制及球磨、粉末預置、粉末激光燒結、涂層熱處理、抗氧化性能測試及顯微組織分析七個部分。性能測試結果表明，該發(fā)明可以有效降低鈦合金在高溫環(huán)境中的劇烈氧化，大幅度提高鈦合金使用溫度極限；該發(fā)明提供了一種周期短、綜合成本低、柔性化程度高的涂層制備方法；該方法能在不大幅度影響合金涂層高溫抗氧化性能的前提下，對涂層成分配比進行靈活調整，得到致密度高、厚度均勻、抗氧化性能優(yōu)良的高Nb鈦鋁基合金雙相涂層。
公開號為105603483A的發(fā)明專利公開了一種鈦基合金抗高溫氧化涂層的制備方法，包括以下步驟：1)首先去除鈦基合金基體的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)按比例將無水乙醇、水和前軀體硅酸烷基酯混合，用酸調混合液pH至2.0～6.0，室溫下攪拌2～48h，得到前軀體溶液；3)在兩電極槽中加入配好的前軀體溶液，以鈦基合金基體作為工作電極，鉑片或石墨作為對電極，電極間距控制在1-10cm，控制電流密度為-0.1mA·cm-2～-5.0mA·cm-2，沉積時間為30s～2000s，水洗后于40～150℃烘干，得到微納米氧化物涂層；4)將覆蓋有微納米氧化物涂層的鈦基合金在空氣中于600～700℃下熱處理10～60min，即制得鈦基合金抗高溫氧化涂層。該發(fā)明制備工藝簡單，獲得的涂層與基體之間具有優(yōu)異的結合力，可顯著提高鈦鋁合金高溫抗氧化性能。
以上方法能夠提高鈦合金的高溫使用性能，但是一般都降低了材料表面的力學性能。
技術實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了提高鈦合金的使用溫度，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供了一種耐高溫鈦合金復合材料。
本發(fā)明還要解決的技術問題是提供了一種耐高溫鈦合金復合材料的制備方法。
本發(fā)明還要解決的技術問題是提供了一種耐高溫鈦合金復合材料的應用。
常規(guī)的鈦合金的使用溫度不能超過650攝氏度，而本發(fā)明采用激光熔敷的方法，制備鈦合金-高熵合金復合材料，能夠將鈦合金的使用溫度提高到800攝氏度以上。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種耐高溫鈦合金復合材料，該合金由鈦合金基底與高熵合金層構成，。
作為優(yōu)選，高熵合金按原子百分比包括如下組分：Ti：V為1：1.5~2，V：Cr為1：0.9~1.1，V：Al為1：0.9~1.1，V： Si為1：0.9~1.1。
作為優(yōu)選，上述高熵合金層的厚度為100-5000微米。
上述的耐高溫鈦合金復合材料的制備方法，包括以下步驟：
1）按照上述的高熵合金元素比例準備粉末狀原料，并混合均勻；
2）準備鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
上述的耐高溫鈦合金復合材料在航空航天、交通工具等方面的應用。
有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用本發(fā)明的方法可以制備一種耐高溫鈦合金復合材料，能夠將鈦合金的使用溫度提高到800攝氏度以上，遠高于常規(guī)鈦合金的使用溫度（一般低于650攝氏度）。這是由于高熵合金層具有優(yōu)異的高溫性能，能夠保護內部的鈦合金不被氧化。并且，由于高熵合金具有極高的硬度，因此，本發(fā)明比采用涂料表面保護的鈦合金的表面硬度更高。本發(fā)明的高熵合金沒有采用較為昂貴的稀土元素，成本低，效果好。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明作更進一步的舉例說明。
實施例1：耐高溫鈦合金復合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.9：1.8：2.1的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準備TC4鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
實施例2：耐高溫鈦合金復合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：1.5：1.5：1.5：1.6的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準備TA5鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
實施例3：耐高溫鈦合金復合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.8： 2.2：1.8的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準備TA2鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
實施例4：耐高溫鈦合金復合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：2.2：1.8：2.2的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準備TC4鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
實施例5：耐高溫鈦合金復合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.9：2.1：1.9的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準備TC1鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復合材料。
抗高溫氧化性能對比研究：將實施例1-5與TC4鈦合金在800攝氏度的氧化氣氛保溫24小時，取出后發(fā)現(xiàn)TC4鈦合金的表面產生50微米氧化層，且表面有裂紋，無法對基體產生較好的保護，因此隨著時間的進行，TC4合金還會繼續(xù)氧化；而實施例1-5的表面都形成了致密的氧化膜，氧化膜的厚度5-8微米，由于保護膜非常致密，因此可以對集體進行很好的保護。實驗后TC4比實驗前增重10.3毫克/平方厘米，而實施例1-5的增重分別為2.8、3.1、3.2、2.9、2.7毫克/平方厘米，可知本發(fā)明的材料具有更好的耐高溫、抗氧化性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。