[发明专利]一种钛合金的抗空蚀表面Ti-Al化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金，特指一种钛合金的抗空蚀表面Ti-Al化涂层的制备方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、中温性能稳定、耐蚀性好等优点，但钛合金的耐磨性、抗空蚀性能较低；目前针对钛合金的耐磨性低，多采用表面处理的方法，如采用氧化物、氮化物表面涂层或陶瓷相表面复合化，如下面专利：97193246.8（钛或钛合金部件及其表面处理方法）、01113982.X（一种钛合金微弧氧化技术）、200610113081.1（一种用于钛合金表面获得高适配耐磨钛基复合材料的方法）；而对提高钛合金的耐空蚀性的研究甚少；采用液态浸镀铝和扩散处理工艺，在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物涂层，使构件不仅具有高的抗空蚀性，还具有较高的耐热、耐氧化和抗腐蚀性能，是一种非常理想的涂层材料。

在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物来提高耐空蚀性而采用的液态浸镀铝和扩散处理工艺，具有节能、节材、工艺简便等优点；目前国内外尚未见采用液态浸镀铝和扩散处理工艺在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物作为耐空蚀涂层的研究报道，具有创新性。

发明内容

本发明的目的是为了解决钛合金耐空蚀性能低的问题，采用液态浸镀铝和扩散处理工艺，在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物涂层，表现出高的耐空蚀性能，具有节能、节材、工艺简便等优点，可用于耐空蚀钛合金构件表面或局部的强化。

钛铝系金属间化合物具有低密度、较高弹性模量、良好的高温性能、抗蠕变、抗氧化和耐蚀等特点，热浸镀铝和扩散处理后金属间化合物相主要是TiAl₃相，表面的显微硬度明显大于钛合金的基体硬度，在钛铝系中TiAl₃的密度最低，具有抗高温性能，使用温度可达700℃，此外，还具备在特殊环境下的耐蚀性能。

本发明采用液态浸镀铝和随后的扩散处理获得20-60μm的Ti-Al金属间化合物涂层，其工艺流程包括对钛合金的前处理、浸镀铝、扩散处理；浸镀铝在720-780℃铝液中浸镀1-5min；在氩气或真空中进行550-1000℃、保温1-2h扩散退火。

所述的对钛合金的前处理依次对钛合金进行碱洗、酸洗和助镀。

碱洗为：5-25wt%NaOH水溶液中40-80℃去油5-15min，水洗。

酸洗为：5-20wt %HCl水溶液中40-60℃除锈5-15min，水洗风干。

助镀为：将钛合金浸入温度70-80℃的5-10wt%NaCl+3-15wt%KF（质量分数）的水溶液中助镀10-20min，然后烘干。

所述的真空指≤10Pa。

采用的液态浸镀铝和扩散处理工艺在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物涂层，具有节能、节材、工艺简便、生产效率高等优点，可有效提高钛合金的抗空蚀性能。此外，该涂层结合力强、质量稳定性高，易于工业化生产。

附图说明

图1是采用液态浸镀铝和扩散处理工艺在钛合金表面形成Ti-Al金属间化合物涂层的XRD；可见，涂层的主要物相是Al₃Ti(95-100wt%)。

图2 是采用的液态浸镀铝和扩散处理工艺在钛合金构件表面形成Ti-Al金属间化合物涂层的形貌；可见，钛合金基体表面形成一层均匀、致密的Al₃Ti的金属间化合物涂层。

图3 Ti-Al金属间化合物涂层的耐空蚀性；与未处理的钛合金和表面氧化物层的耐空蚀性对比；可见，Ti-Al金属间化合物涂层的耐空蚀性与微弧氧化后氧化物涂层的耐空蚀性相近，明显高于钛合金基体。

具体实施方式

实施例1

对TC4（Ti6Al4V）磨光后进行前处理：10wt%NaOH水溶液60℃去油12min，水洗；8wt%HCl水溶液40℃除锈10min，水洗风干；将钢件浸入80℃的6wt%NaCl+4wt%KF水溶液中助镀12min，然后烘干；将前处理后的钛合金在720℃铝液中浸镀5min；在氩气中进行扩散退火，550℃保温2h，得到25μmTi-Al涂层。

实施例2

对TC4ELI（Ti6Al4VELI）磨光后进行前处理：20wt%NaOH水溶液80℃去油7min，水洗；10wt%HCl水溶液50℃除锈10min，水洗风干；将钢件浸入80℃的10wt%NaCl+15wt%KF的水溶液中助镀10min，然后烘干；将前处理后的钛合金在780℃铝液中浸镀1min；在氩气中进行扩散退火，1000℃保温1h，获得55μm Ti-Al涂层。