[发明专利]一种硅铝复合涂层及其制备工艺

说明书

一种硅铝复合涂层的制备工艺，所述制备工艺包括：1)除去钛基合金基体表面的氧化物，然后清洗、干燥；2)混合无水乙醇、水和前驱体硅酸烷基酯，以酸液调节pH值，室温下搅拌得到前驱体溶液；3)以经处理的钛基合金基体作为工作电极，以铂片或石墨作为对电极，以前驱体溶液作为电沉积的溶液体系，进行电沉积，电沉积结束后水洗烘干，在钛基合金基体表面得到微纳米氧化物涂层；4)在生长于钛基合金基体表面的微纳米氧化物涂层表面制备金属铝涂层；5)对表面覆盖有两层涂层的钛基合金进行热处理，即得到生长在钛基合金基体表面的硅铝复合涂层。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷复合涂料领域，尤其涉及一种以钛基合金作为基体的、具有优秀耐高温和良好抗氧化能力的硅铝复合涂层及制备方法。

背景技术

钛铝合金具有密度低、比强度高、弹性模量高、高温抗蠕变能力好等优点，是一种极具应用前景的高温材料，被应用于航空发动机高压压风机和涡轮叶片等高温零部件。然而，钛铝合金的实际使用温度被限制在750℃以下，由于在更高温度下，钛和铝与氧的亲和能力差不多，合金表面形成的是TiO₂和Al₂O₃混合层，氧化膜的生长速率很快，容易发生剥落。

为克服以上不足，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钛铝合金的服役温度。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，这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TiAl₃将影响其力学性能；二是通过加入第三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合金的高温抗氧化性能，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，但涉及的设备较昂贵、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(<1μm)。而防护涂层，如金属涂层MCrAl(Y)，陶瓷涂层(如SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂等)，以及扩散涂层(如Al、Si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洞，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。

中国专利局于2018年1月19日公开了一种耐高温钛合金板的发明专利申请，申请公布号为CN107604210A，其以铝和钛为主要基体成分，以金属铬为主要掺杂元素，其余还主动掺杂了Si、V、C、Mn、Mo和Co等元素，并在不可避免元素中引入了Nb、Re、Y和Ce等元素，即实质上是以加入合金元素来提高其高温抗氧化性能，但其同样也导致了以钛铝为主成份的合金与涂层截面之间互扩散严重，界面析出硬脆相，进而造成力学性能产生下降，带来不利影响。

中国专利局于2018年2月2日公开了一种种钛基合金抗高温氧化复合涂层的制备方法的发明专利授权，授权公告号为CN105714294B，其采用了含铝钛基合金作为基体，在其基体表面制备微纳米氧化物涂层，并在涂层外包覆有1～30μm厚度的金属铝涂层，并加以空气热处理使得金属铝涂层外表面形成致密的氧化铝膜，制成双涂层结构，大大提高了其高温抗氧化能力，并避免了金属涂层与基体之间的互扩散而导致出现的易析出硬脆相的问题，但由于其中间层为微纳米二氧化硅涂层，即也是属于陶瓷涂层，虽然微纳米二氧化硅与钛铝合金基体之间存在化学键合作用，能够极大程度地降低陶瓷涂层与基体结合强度低所带来的影响，但这仍是一个不可避免的问题，同时由于其最外层涂层也是金属铝涂层，其与中间层的结合强度同样是较低的，且其涂层与基体之间、涂层与涂层之间的热膨胀系数差异容易导致涂层与基体、涂层与涂层脱离，即结合强度低，因此其虽在抗高温氧化性能上有了显著提升，却在涂层与基体和涂层与涂层之间的结合强度仍不尽人意。