专利名称：钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金表面抗氧化涂层制备工艺，属于金属表面火花增 强的电化学涂层工艺方法。
背景技术：
钛合金的抗氧化性能主要取决于在服役条件下其表面能否形成保护性氧 化膜。钛合金在高温氧化性环境下使用时，其表面不足以形成连续致密的保 护性八1203氧化膜，氧化时形成多孔Ti02为主的氧化膜，其抗氧化性能也较
差。疏松的氧化层和较厚的富氧层将对合金的力学性能尤其是塑性和韧性造
成损害，即产生所谓的氧脆。氧脆是高温钛合金在600。C的实际使用中所面 临的关键问题。扩散涂层、气相沉积涂层、搪瓷涂层和离子注入法已经用于 高温钛合金的表面防护，但这些方法存在成本高、涂层膜基热不匹配(容易 热循环时剥落)、高温阻氧腐蚀性能差和不适用于复杂零件形状等缺点。
发明内容
为了解决现有钛合金表面抗氧化涂层制备方法中存在的成本高、涂层膜 基热不匹配、高温阻氧腐蚀性能差和不适用于复杂零件形状等缺点，本发明 提供了 一种钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法。
本发明的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法包'括除油步骤、氧化 步骤、水洗步骤，其特征在于所述氧化步骤的具体过程为-
步骤一、将待处理的钛合金零件一端固定在与脉冲电源的正极输出端连 接的夹具上，然后将所述钛合金零件放入到电解槽中，并保证所述钛合金零
件全部浸入到电解槽中的电解液内，所述电解液是碱性溶液；
步骤二、将不锈钢电极固定在与脉冲电源的负极输出端连接的夹具上 后，.将所述不锈钢电极浸入到电解槽中的电解液中，并保证所述不锈钢电极 与钛合金零件不相接触；
步骤三、使脉冲电源输出电压400 600V，频率400 800Hz，占空比4 20%的脉冲电压，持续氧化时间后停止输出；
取出钛合金零件，氧化完成。本发明的方法采用的是钛合金表面火花增强的电化学沉积抗氧化陶瓷涂 层的制备方法。该方法采用碱性电解液，待涂镀的钛合金零件作为阳极，不 锈钢作为阴极。氧化过程中的能量由可调控高压高频双极脉冲电源提供，当 外加电压超过置于电解液中钛合金零件表面绝繞膜的临界电压时，所述钛合 金零件表面产生的火花放电将基体氧化并形成致密的氧化物涂层，该涂层具 有高的抗氧化性能，同时满足抗磨、减磨与抗盐雾腐蚀等要求。本发明的方法的优点有 一、制备抗氧化涂层的微弧氧化工艺方法节能 省时，原位形成的氧化物涂层与基体匹配好、膜基结合强度高；二、采用本 发明的方法制备的涂层膜基结合强度高，涂层在700。C循环氧化80h后，单 位面积增重小于1.1mg/cm2，远小于基体钛合金的增重量(20mg/cm2)，膜基 界面也未形成氧化扩散层，表现出良好的抗氧化性能；三、本发明的方法能 够适用于不同形状与尺寸的零件，所获得的致密陶瓷层可有效阻隔钛基体在 高温下的氧化失效。本发明拓展了钛合金在高温氧化等更严酷条件下的使用范围。
图1是采用具体实施方式
二所述的方法制备的TC4合金表面涂层截面形 貌图，其中1是基层，2是涂层，3是树脂；图2是具体实施方式
二所述的方 法中，铝酸盐溶液中制备的微弧氧化涂层在700。C氧化时的增重曲线图；图 3采用具体实施方式
三所述的方法制备的TC4合金表面涂层截面形貌图，其 中l是基层，2是涂层，3是树脂；图4是具体实施方式
三所述的方法中，硅 酸盐溶液中制备的微弧氧化涂层在700°C氧化时的增重曲线图。
具体实施方式
具体实施方式
一钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法包括除油步 骤、氧化步骤、水洗步骤，其特征在于所述氧化步骤的具体过程为步骤一、将待处理的钛合金零件的一端固定在与脉冲电源的正极输出端 连接的夹具上，然后将所述钛合金零件放入到电解槽中，并保证所述钛合金 零件全部浸入到电解槽中的电解液内，所述电解液是碱性溶液；步骤二、将不锈钢电极固定在与脉冲电源的负极输出端连接的夹具上 后，将所述不锈钢电极浸入到电解槽中的电解液中，并保证所述不锈钢龟极与钛合金零件不相接触；步骤三、使脉冲电源输出电压400 600V，频率400 800Hz，占空比4~20%的脉冲电压，持续一段氧化时间后停止输出； 取出钛合金，氧化完成。 在步骤三中，始终保持电解液的温度〈5(TC。所述氧化涂层的厚度可通过调整步骤三中所述的脉冲电压的参数和氧化 时间调整，当所述氧化时间为30分钟时，涂层的厚度可达到20 30微米。 所述钛合金零件的材料可以是TC4合金、TC16合金、TB8与TA15合金等。所述钛合金基材的基体零件不受形状与尺寸的限制，可以为板状、棒状 或管状，特别适用于细管内壁或深孔类零件。 所述夹具材料为铝合金或钛合金。涂层的物相组成取决于电解液，所述电解液可以为含有20g/L的 NaA102和lg/L的Na3P04的铝酸盐电解液，含有20g/L的Na2Si03、 4g/L的 KOH和10g/L—(NaPO3)6的硅酸盐电解液，亦可采用其它电解液组成，只要 保证能在钛合金表面放电即可。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一所述的钛合金表面抗高 温氧化腐蚀涂层制备方法的区别在于，基体材料为TC4合金，电解液采用铝 酸盐电解液(20g/L—NaAlO2， lg/L—Na3P04)，在步骤三中，脉冲电源输出 参数为电压550V，频率600Hz，占空比8%,持续时间为10min。本实施方式获得的TC4合金表面的致密陶瓷层的厚度约12微米，如图1 所示，涂层由Al2TiOjn八12117015组成，该涂层表现出良好的抗氧化防护性 能。将采用本实施方式所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，置 于马弗炉中恒温氧化，恒温温度为700。C，恒温时间为80h;然后是让钛合金 随炉冷却，参见图2所示微弧氧化涂层在700。C氧化时的增重曲线，带涂层 的TC4合金增重为0.73mg/cm2，远小于基体TC4的增重(20mg/cm2)。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一所述的钛合金表面抗高 温氧化腐蚀涂层制备方法的区别在于，基体为TC4合金，电解液采用硅酸盐 电解液(20g/L—Na2SiO3， 4g/L—KOH， 10g/L—(NaP03)6)，在步骤三中，脉冲电源输出参数为电压500V，频率600Hz，占空比8%，持续时间为10min。 本实施方式获得的TC4合金表面的致密陶瓷层的厚度约10微米，如图3 所示，微弧氧化后获得的涂层由锐钛矿与金红石Ti02组成，金红石为主相。 该涂层表现出良好的抗氧化性能。将采用本实施方式所述的钛合金表面抗高 温氧化腐蚀涂层制备方法，置于马弗炉中恒温氧化，恒温温度为700°C，恒温 时间为80h;然后是让钛合金随炉冷却，参见图4所示微弧氧化涂层在700。C 氧化时的增重曲线，带涂层的TC4合金增重为0.98mg/cm2，远小于基体TC4 的增重(20mg/cm2)。
权利要求
1、钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，包括除油步骤、氧化步骤、水洗步骤，其特征在于所述氧化步骤的具体过程为步骤一、将待处理的钛合金零件的一端固定在与脉冲电源的正极输出端连接的夹具上，然后将所述钛合金零件放入到电解槽中，并保证所述钛合金零件全部浸入到电解槽中的电解液内，所述电解液是碱性溶液；步骤二、将不锈钢电极固定在与脉冲电源的负极输出端连接的夹具上后，将所述不锈钢电极浸入到电解槽中的电解液中，并保证所述不锈钢电极与钛合金零件不相接触；步骤三、使脉冲电源输出电压400～600V，频率400～800Hz，占空比4～20％的脉冲电压，持续一段氧化时间后停止输出；取出钛合金，氧化完成。
2、 根据权利要求1所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，其 特征在于，在步骤三中始终保持电解液的温度<50°0。
3、 根据权利要求1所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，其 特征在于，所述钛合金零件的材料可以是TC4合金、TC16合金、TB8与TA15Cl亚o
4、 根据权利要求1所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，其 特征在于，所述钛合金零件的形状为板状、棒状或管状。
5、 根据权利要求1所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，其 特征在于，所述夹具材料为铝合金或钛合金。
6、 根据权利要求1所述的钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，其 特征在于，所述电解液为铝酸盐电解液或者硅酸盐电解液。
全文摘要
钛合金表面抗高温氧化腐蚀涂层制备方法，涉及一种钛合金表面抗氧化涂层制备工艺。它解决了现有钛合金表面抗氧化涂层制备方法中存在的成本高、涂层膜基热不匹配、高温阻氧腐蚀性能差和不适用于复杂零件形状的缺点。它包括除油步骤、氧化步骤、水洗步骤，氧化步骤的具体过程为将待处理的钛合金零件的一端固定在与脉冲电源的正极输出端连接的夹具上作为阳极全部浸入到电解槽中的电解液内，将不锈钢电极固定在与脉冲电源的负极输出端连接的夹具上作为阴极浸入到电解槽中的电解液中，使脉冲电源输出电压400～600V，频率400～800Hz，占空比4～20％的脉冲电压，持续一段氧化时间后停止输出。本发明拓展了钛合金在高温氧化等更严酷条件下的使用范围。
文档编号C25D11/26GK101307480SQ200810063990
公开日2008年11月19日 申请日期2008年2月5日 优先权日2008年2月5日
发明者玉 周, 欧阳家虎, 王亚明, 贾德昌, 郭立新 申请人:哈尔滨工业大学