抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法，该涂层由下述原子百分比的元素组成：44～47at%的Al、2～4at%的Nb、4～10at%的V、0～2.5at%的Cr、0～0.5at%的B以及余量的Ti。该涂层是先将中间合金AlNb、AlV、AlCr、TiB2、Al粒以及高纯海绵Ti混合后制成喷涂粉体，再采用低温超音速喷涂技术将喷涂粉体喷涂到铝合金基体表面。本发明的涂层结合强度可达30MPa以上，在铝合金表面制备该涂层后能够提高铝合金表面的电极电位、降低自腐蚀电流以及与钛合金的接触腐蚀敏感性，从而可以使铝合金直接与钛合金接触使用，满足铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀防护要求。
【专利说明】
抗接触腐蚀的T i AI基合金涂层及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种TiAl基合金涂层及其制备方法，具体涉及一种抗接触腐蚀的TiAl 基合金涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在飞机、舰船中有较多的铝合金/钛合金异质金属直接接触结构，这些飞机、舰船 在海洋环境服役过程中，因铝合金电极电位(-1.66V)低于钛合金电极电位(-1.63V)，形成 电位差，同时铝合金表面钝化膜层不稳定，加之高湿和高盐雾的海洋大气环境为腐蚀提供 了介质条件，极易使电极电位偏低的铝合金零件发生严重的接触腐蚀(也称电偶腐蚀）。由 于接触腐蚀属于局部腐蚀，很难预测和预防，往往在没有先兆的情况下，使金属设备突然发 生破坏，造成重大工程事故或人身伤亡，同时破坏装备整体运行和安全服役。
[0003] 针对铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀问题，研究人员尝试了多种解决方案： (1)同时对钛合金表面和铝合金表面进行阳极氧化(如中国专利文献CN104451812A)， 降低铝合金对钛合金的接触腐蚀敏感性。
[0004]实践证明，该方案效果不佳，几乎很难阻止接触腐蚀的发生。
[0005] (2)采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备由Al2TiO5相、TiO相以及TiO 2相组成 的多孔膜，降低与LY12铝合金间的电偶电流。
[0006] 实践证明，该方案效果同样不佳，接触腐蚀敏感性仍达不到直接接触使用的许可 标准。
[0007] (3)在钛合金表面浸镀抗接触腐蚀的铝硅涂层（如中国专利文献CN101760716A)， 通过降低钛合金表面的电极电位以减小与铝合金之间的电位差。该方案的不足在于：制备 工艺复杂，成本较高，尤其是环境污染较大，不适合工业化大生产。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于针对铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀问题，提供一种抗接触 腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法。
[0009] 实现本发明上述目的的技术方案是:一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，该涂层 由下述原子百分比的元素组成：44~47at%的Al、2~4at%的Nb、4~10at%的V、0~2.5at%的 Cr、0~0.5at%的B以及余量的Ti。
[0010] 作为优选，该涂层中Cr的原子百分比不为0。
[0011] 作为进一步优选，该涂层中B的原子百分比不为0。
[0012] 上述抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法具有以下步骤： ① 按照原子百分比将中间合金41他）1￥^1&、1182^1粒以及高纯海绵1^混合后加入 到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体 材料，通过筛分得到粒径为400目~800目的粉体材料多95wt%的喷涂粉体； ② 采用低温超音速喷涂技术将步骤①得到的喷涂粉体喷涂到基体表面制得抗接触腐 蚀的TiAl基合金涂层。
[0013] 上述步骤②中所述的基体为优选为铝合金基体，比如5052铝合金基体、5083铝合 金基体、6061铝合金基体或者7050铝合金基体;更优选为5083铝合金基体。
[0014] 上述步骤②中所述的低温超音速喷涂技术具体工艺参数为:压缩空气压力为85~ 95PSI、燃气丙烷压力为65~73PSI、载气氩气流量为25~40L/min、送粉速度为150~200g/ min、喷涂距离为20~25cm、喷枪移动速度为1000~2000mm/s。
[0015] 本发明具有的积极效果：（1)本发明从调整钛铝合金成分以改善钛铝合金的塑性 方面以及采用低温超音速喷涂制备工艺两方面入手，解决了铝合金表面接触腐蚀的问题， 其涂层结合强度可达30MPa以上，在铝合金表面制备该涂层后能够提高铝合金表面的电极 电位、降低自腐蚀电流以及与钛合金的接触腐蚀敏感性，从而可以使铝合金直接与钛合金 接触使用，满足铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀防护要求。（2)本发明采用低温超音速喷 涂制备的涂层可避免对氧化敏感的铝合金基体以及喷涂粉体的氧化，使涂层具备更高的结 合强度和内聚强度，有益于涂层综合性能的提高。
【具体实施方式】
[0016] (实施例1) 本实施例的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层由45at%的Al、2at%的Nb、10at%的V、lat%的 Cr以及余量的Ti组成（以下均简写为Ti-45Al-2Nb-10V-lCr)。
[0017] 本实施例的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法如下： ①按照上述原子百分比将中间合金六1恥）1￥^1(>^1粒以及高纯海绵1^混合后加入 到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体 材料，通过筛分得到粒径为400目~800目的粉体材料多95wt%的喷涂粉体。
[0018] ②采用低温超音速喷涂技术将步骤①得到的喷涂粉体喷涂到5083铝合金基体表 面制得抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层。
[0019] 具体工艺参数为:压缩空气压力为92PSI、燃气丙烷压力为71PSI、载气氩气流量为 35L/min、送粉速度为180g/min、喷涂距离为24cm、喷枪移动速度为1200mm/s，涂层厚度为 0.6mm〇
[0020] (实施例2~实施例3) 实施例2和实施例3的涂层组成见表1，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处见表 1〇
L0022」（测试例I)
采用对偶拉伸法测试实施例1~实施例3制得的涂层的结合强度，结果见表1。
[0023](测试例2) 测试5083铝合金、TA2钛合金以及实施例1~实施例3制得的涂层在3.5wt%NaCl水溶液 中的极化曲线，并采用拟合法得到自腐蚀电位和自腐蚀电流，结果见表2。
[0025]由表2可以看出，各实施例制得的涂层的自腐蚀电位均高于5083铝合金以及TA2钛 合金，自腐蚀电流均低于5083铝合金基体以及TA2钛合金，从而显示出更佳的耐腐蚀性能。 [0026](测试例3) 参照HB-5374中的方法测试"5083铝合金-TA2钛合金"、"各实施例制得的涂层-TA2钛合 金"在20h内的平均接触腐蚀电流密度，并对各电偶对的接触腐蚀敏感性进行评定，结果见 表3 〇
[0028]由表3可以看出：在铝合金表面制备了本发明的涂层后，平均接触腐蚀电流密度大 大降低，与TA2钛合金的接触腐蚀敏感性均能够达到A级，可以直接与TA2钛合金接触使用。
【主权项】
1. 一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于该涂层由下述原子百分比的元素组 成：44~47at%的A1、2~4at%的Nb、4~10at%的V、0~2 · 5at%的Cr、0~0 · 5at%的B以及余量的 Ti〇2. 根据权利要求1所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于:该涂层中Cr的原 子百分比不为0。3. 根据权利要求1或2所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于:该涂层中B的 原子百分比不为0。4. 权利要求1至3之一所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法，其特征在于具 有以下步骤： ① 按照原子百分比将中间合金41恥）1￥)1&、1^82^1粒以及高纯海绵11混合后加入 到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体 材料，通过筛分得到粒径为400目~800目的粉体材料多95wt%的喷涂粉体； ② 采用低温超音速喷涂技术将步骤①得到的喷涂粉体喷涂到基体表面制得抗接触腐 蚀的TiAl基合金涂层。5. 根据权利要求4所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法，其特征在于:上述 步骤②中所述的基体为5052铝合金基体、5083铝合金基体、6061铝合金基体或者7050铝合 金基体。6. 根据权利要求5所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法，其特征在于:上述 步骤②中所述的基体为5083铝合金基体。7. 根据权利要求4至6之一所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法，其特征在 于：上述步骤②中所述的低温超音速喷涂技术具体工艺参数为：压缩空气压力为85~ 95PSI、燃气丙烷压力为65~73PSI、载气氩气流量为25~40L/min、送粉速度为150~200g/ min、喷涂距离为20~25cm、喷枪移动速度为1000~2000mm/s。
【文档编号】C23C4/12GK106086579SQ201610582722
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月22日 公开号201610582722.1, CN 106086579 A, CN 106086579A, CN 201610582722, CN-A-106086579, CN106086579 A, CN106086579A, CN201610582722, CN201610582722.1
【发明人】王晓明, 朱胜, 韩国峰, 张垚, 杜文博, 赵阳, 王启伟, 任智强, 常青, 陈永星, 周超极
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院