一种TiAl基合金高温抗氧化涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属抗氧化涂层领域，具体涉及一种TiAl基合金高温抗氧化涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]先进材料的研发和应用一直是科技发展与社会进步的基石，近年来，航空航天、汽车工业取得了飞速的发展，先进航空航天用高性能结构材料应当符合以下条件:低密度、高的比强度与比刚度、良好的高温抗氧化性能。
[0003]TiAl基合金具有高的比强度、比刚度和低密度，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景，近年来，虽然TiAl基合金的相关研究工作已经取得了相当大的突破，但是在实现该类合金的工程化应用的道路上还有许多的难题需要尽快解决，例如当温度在800 °C以上时，TiAl基合金就面临抗氧化性能不足的问题，而TiAl基合金的热加工及热处理均在900°C?1300 °C之间，因此，防止TiAl基合金在高温处理时的氧化行为，对合金的开发与应用具有重要的意义。目前，国内外有很多学者研究了 TiAl基合金高温变形及热处理时抗氧化的方法，主要通过使用特殊包套来实现，但是，使用包套工艺流程比较复杂，加工包套以及抽真空的成本较高，并且在加工过程中，由于包套的变形与TiAl基合金变形的不一致性，造成TiAl基合金变形不均匀和容易出现裂纹缺陷，同时，变形后包套与合金的分离比较困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、生产工艺简单、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高温氧化、不影响TiAl基合金高温变形能力、涂层与基体在常温下分离方便的TiAl基合金高温抗氧化涂层及其制备方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
一种TiAl基合金高温抗氧化涂层，由以下质量百分数的组分组成:
S12 50 %?80 % ；
Na2O 5 %?30 % ；
CaO 5 %?30 % ；
Al2O3 5 %?10 %。
[0006]优选的，TiAl基合金高温抗氧化涂层，由以下质量百分数的组分组成:
S12 60 %?75 % ；
Na2O 10 %?20 % ；
CaO 10 %?20 % ；
Al2O3 7 %?9 %。
[0007]优选的，TiAl基合金高温抗氧化涂层，由以下质量百分数的组分组成:
S12 62 % ；Na2O 15 % ；
CaO 15 %；
Al2O3 8 %。
[0008]一种TiAl基合金高温抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤:
(1)取TiAl基合金高温抗氧化涂层各组分，按比例混合均匀，加热至1300 °C?1500°C，保温6 h?8 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用；
(2)将步骤(I)所得高温抗氧化涂层原料加热到1100°C?1300 0C的粘流态，然后，将TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，即可得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基
I=IO
[0009]优选的，步骤(I)中加热温度为1400 °C，保温时间为保温6 ho
[0010]优选的，步骤(2)中加热温度为1200°C。
[0011]通过上述方法制备的抗氧化涂层可在1300°C以下条件下对TiAl基合金进行有效的抗氧化保护。将TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，抗氧化涂层可以将TiAl基合金和空气有效的隔离开，可以有效防止TiAl基合金在高温热处理和变形条件下被氧化。
[0012]本发明的优点主要有:(I)比传统的TiAl基合金高温抗氧化方法容易实行，实施工艺简单，技术难度低，工艺实施成本低；(2)所采用的原料成本低廉，可重复利用，经济效益高；(3)抗氧化涂层在高温下不会腐蚀TiAl基合金，对其没有破坏和污染；(4)TiAl基合金高温处理之后，在冷却的过程中，由于抗氧化涂层和TiAl基合金膨胀系数的差异，抗氧化涂层会自动脱落，去除抗氧化涂层容易。
[0013]综上所述，本发明组分配比合理、生产工艺简单、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高温氧化，不影响TiAl基合金高温变形能力，涂层与基体在常温下分离方便，有效的克服了现有技术使TiAl基合金变形不均匀、容易出现裂纹的缺陷及变形后包套与合金分离比较困难弊端，适于工业化应用。
【具体实施方式】
[0014]下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
[0015]实施例1
按质量百分数将S12 80 %,Na20 5 %,CaO 5 % ,Al2O3 10 %混合均匀，加热至13000C，保温6 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1100°(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0016]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.007 mg/cm2。
[0017]实施例2
按质量百分数将S12 50 % ,Na2O 30 % ,CaO 15 % ,Al2O3 5 %混合均匀，加热至1500 °C，保温8 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1300 °(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0018]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.006 mg/cm2。
[0019]实施例3
按质量百分数将S12 50 % ,Na2O 13 % ,CaO 30 % ,Al2O3 7 %混合均匀，加热至1400 °C，保温6 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1200 °(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0020]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.006 mg/cm2。
[0021 ] 实施例4
按质量百分数将S12 71 % ,Na2O 10 % ,CaO 10 % ,Al2O3 9 %混合均匀，加热至1350 °C，保温7 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1150 °C°C的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0022]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.005 mg/cm2。
[0023]实施例5
按质量百分数将S12 75 %,Na20 14 % XaO 5 % ,Al2O3 6 %混合均匀，加热至14500C，保温7 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1250°(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0024]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.008 mg/cm2。
[0025]实施例6
按质量百分数将S12 50 % ,Na2O 20 % XaO 20 % ,Al2O3 10 %混合均匀，加热至1350 °C，保温6 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1100 °(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0026]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.007 mg/cm2。
[0027]实施例7
按质量百分数将S12 62 % ,Na2O 15 % ,CaO 15 % ,Al2O3 8 %混合均匀，加热至1400 °C，保温6 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用;将高温抗氧化涂层原料加热到1200 °(:的粘流态，然后，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。
[0028]采用氧化增重法测试TiAl基合金高温抗氧化涂层抗氧化性能，将所得附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.003 mg/cm2。
[0029]对比例
采用氧化增重法测试TiAl基合金抗氧化性能，将边长为10 mm正方体的TiAl基合金经1000 °C/100 h高温氧化后，氧化增重为0.080 mg/cm20
[0030]通过对实施例1至7与对比例抗氧化性能对比，可以得出所制备的TiAl基合金高温抗氧化涂层具有很好的抗氧化性能，且材料简单易得，工艺简单，适于工业应用。
【主权项】
1.一种TiAl基合金高温抗氧化涂层，其特征在于由以下质量百分数的组分组成: S12 50 %?80 % ； Na2O 5 %?30 % ； CaO 5 %?30 % ； Al2O3 5 %?10 %。2.根据权利要求1所述的TiAl基合金高温抗氧化涂层，其特征在于由以下质量百分数的组分组成: S12 60 %?75 % ； Na2O 10 %?20 % ； CaO 10 %?20 % ； Al2O3 7 %?9 %。3.根据权利要求1所述的TiAl基合金高温抗氧化涂层，其特征在于所述的由以下质量百分数的组分组成:S12 62 % ； Na2O 15 % ； CaO 15 %； Al2O3 8 %。4.权利要求1所述的TiAl基合金高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)取TiAl基合金高温抗氧化涂层各组分，按比例混合均匀，加热至1300°C?1500°C，保温6 h?8 h，随炉冷却，得高温抗氧化涂层原料，待用； (2)将步骤(I)所得高温抗氧化涂层原料加热到11000C?1300 0C的粘流态，然后，将TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，即得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。5.根据权利要求4所述的TiAl基合金高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中加热温度为1400°C，保温时间为保温6 ho6.根据权利要求4所述的TiAl基合金高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中加热温度为1200°C。
【专利摘要】本发明公开了一种TiAl基合金高温抗氧化涂层及其制备方法，涂层由SiO2、Na2O、CaO、Al2O3组成；制备方法是：首先，按组分比例取TiAl基合金高温抗氧化涂层各组分，加热至1300 ℃～1500 ℃保温后冷却，然后将所得高温抗氧化涂层原料加热到粘流态，将TiAl基合金完全浸泡在粘流态的涂层原料中，即可得到表面附有高温抗氧化涂层的TiAl基合金。本发明组分配比合理、生产工艺简单、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高温氧化，不影响TiAl基合金高温变形能力，适于工业化应用。
【IPC分类】C04B35/66, C23C26/02
【公开号】CN105714287
【申请号】CN201610148554
【发明人】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明
【申请人】苏州莱特复合材料有限公司