一种钛基合金抗高温氧化涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料抗高溫氧化领域，具体设及一种铁基合金抗高溫氧化涂层的 制备方法。 技术背景
[0002] 铁侣合金具有密度低、比强度高、弹性模量高、高溫抗蠕变能力好等优点，是一种 极具应用前景的高溫材料，被应用于航空发动机高压压风机和满轮叶片等高溫零部件。然 而，铁侣合金的实际使用溫度被限制在750°C W下，由于在更高溫度下，铁和侣与氧的亲和 能力差不多，合金表面形成的是Ti化和Al2〇3混合层，氧化膜的生长速率很快，容易发生剥 落。
[0003] 为克服W上不足，国内外学者采用了合金化、离子注入法、表面涂层和阳极氧化等 方法改性来提高铁侣合金的服役溫度。合金设计主要包括两个方面，一是提高TiAl合金中 基本元素 Al的含量，运固然有利于其抗氧化性能的改善，但Al含量不宜太高，否则一旦析出 脆性的TiAh将影响其力学性能。二是通过加入第=种或者多种合金元素，如:Nb，Sb，Si， Cr，Y，Mo等虽然也可有效改善TiAl合金的高溫抗氧化性能，但加入量过高通常会导致TiAl 合金力学性能下降。离子注入法虽然注入量可控、重复性较好，但设及的设备较昂贵、生产 效率较低，且对TiAl合金成分改变的深度仅局限在表面较浅的范围（<1皿)。而防护涂层，如 金属涂层M化Al(Y)、陶瓷涂层(如Si化、Ab化和化化等）W及扩散涂层(如AUSi等)等虽然可 作为屏蔽层阻挡氧气向基体渗透，但各自仍存在一定的问题。金属涂层与基体间的互扩散 较严重，界面易析出硬脆相，同时产生柯肯达尔孔桐，严重降低了涂层与基体的结合强度； 陶瓷涂层内应力较大且与基体结合强度较低;扩散涂层与基体热膨胀系数相差较大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有铁侣合金抗高溫氧化能力不足，提供一种铁基合金抗高 溫氧化涂层的制备方法，所获得的涂层显著提高了铁基合金在90(TC高溫下的抗氧化性能。 [000引一种铁基合金抗高溫氧化涂层的制备方法，包括W下步骤：
[0006] 1)首先去除铁基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；
[0007] 2)按照体积比为(50-100): (50-100): (1~10)将无水乙醇、水和前躯体娃酸烷基 醋混合，然后用酸调混合体系抑至2.0~6.0,室溫下揽拌2~4她，得到前躯体溶液；
[0008] 3)在两电极槽中加入配好的前躯体溶液，W铁基合金基体作为工作电极，销片或 石墨作为对电极，电极间距控制在1-lOcm，控制电流密度为-0.1 mA ? Cnf2~-5.0mA ? Cnf2进 行电沉积，沉积时间为30s~2000s，沉积完成后将工作电极水洗后于40~150°C烘干，在铁 基合金表面得到微纳米氧化物涂层；
[0009] 4)将覆盖有微纳米氧化物涂层的铁基合金在空气中于600~700°C下热处理10~ 60min，即制得铁基合金抗高溫氧化涂层。
[0010] 进一步，所述的铁基合金为含侣的铁基合金。
[0011] 更进一步，所述的铁基合金选自 Tis-AUTi-AKTi-AbJi-eAl-AVJiAlNbJi-ATAl-SCr-SNb 中的一种。
[0012] 进一步，步骤1)中，可用砂纸将铁基合金基体打磨去除表面氧化物;清洗试剂可采 用丙酬、乙醇等，优选采用超声进行多次清洗。
[0013] 进一步，所述的娃酸烷基醋优选正娃酸乙醋（TEOS)、正娃酸甲醋（TMOS)中的一种 或两种的混合。
[0014]进一步，步骤2)中，调节pH使用的酸可W为盐酸化Cl)、硝酸化N03)或醋酸化Ac)， 浓度为0. SmolL-i~2. OmolL-i。
[001引进一步，步骤3)中，电流密度优选为-1.0mA ? cm-2~-5.0mA ? cm-2。
[0016] 进一步，步骤3)中，沉积时间优选为200s-600s。
[0017] 进一步，所述的制备方法由步骤1)~步骤4)组成。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] (1)本发明通过电沉积技术在铁基合金表面制备得到微纳米级Si化涂层，该微纳 米Si化涂层与基体存在化学键合作用，因而具有优异的结合力；然后经空气中低溫(600~ 700°C)热处理，在该热处理过程中，Si〇2可与基体中的Ti和Al元素发生固相化学反应，在金 属表面形成连续而致密的玻璃态保护层，该保护层可阻止空气中的氧向基体扩散，同时阻 止金属内部的阳离子向外扩散，进而提高铁基合金的抗高溫氧化性能。
[0020] (2)本发明制备工艺简单、操作方便、效率高、易于实现。
【附图说明】
[0021] 图1为900°C恒溫氧化10化的动力学曲线（曲线1为裸TiAl合金，曲线2为TiAl合金 按照实施例4在四乙氧基硅烷中-2.OmAcnf 2电流密度下电沉积300s所得试样）。
[0022] 图2为实施例4制备的未经热处理的Si化涂层的扫描电子显微镜照片。
[0023] 图3为实施例4所得试样经900°C恒溫氧化10化后的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0024] 下面W具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限 于此：
[002引实施例1
[0026] 首先用砂纸将铁侣合金试样(铁侣原子比为1:1)打磨去除表面氧化物，然后依次 在丙酬和乙醇中超声清洗lOmin，最后用热风吹干待用。依次往烧杯中加入50mL无水乙醇、 50血水、ImL正娃酸乙醋（TEOS)，用0.5mol ? L-iHAc调抑至2.0左右，室溫下揽拌化得到前躯 体溶液待用。W前躯体溶液为电解液，W打磨清洗好的铁侣合金试样(铁侣原子比为1:1)作 为阴极，石墨电极作为对电极，电极间距控制在1cm，控制电流密度为-0.1 mAcnf2,沉积时间 为1000s，沉积完成后将工作电极用去离子水冲洗后于40°C烘干，得到微纳米氧化物涂层。 随后，将该覆盖有微纳米氧化物涂层的铁基合金在空气中于600°C下热处理60min，即制得 抗高溫氧化涂层;采用90(TC恒溫氧化10化后单位面积的增重来评估其抗高溫氧化性能，具 体结果如表1。
[0027] 表1裸TiAl合金和覆盖有抗高溫氧化涂层的TiAl合金试样实验结果
[0029] 实施例2
[0030] 首先用砂纸将铁侣合金试样(铁侣原子比为3: I)打磨去除表面氧化物，然后依次 在丙酬和乙醇中超声清洗1 Omin，最后用热风吹干待用。依次往烧杯中加入100血无水乙醇、 75mL水、IOmL正娃酸甲醋（TMOS)，用2. Omol ? L-1hN〇3调pH至6.0左右，室溫下揽拌化得到前 躯体溶液待用。W前躯体溶液为电解液，