[发明专利]抗高温氧化和热盐腐蚀的钛合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗高温氧化和热盐腐蚀的钛合金复合材料及其制备方法。其中，所述钛合金复合材料包括钛合金基体，所述钛合金基体的表面设置有陶瓷过渡层和搪瓷涂层，所述陶瓷过渡层处在所述钛合金基体和所述搪瓷涂层之间，所述陶瓷过渡层为微弧氧化陶瓷层，所述搪瓷涂层和所述陶瓷过渡层在所述钛合金基体上形成高温防护的梯度复合涂层。本发明的抗高温氧化和抗高温热盐腐蚀的性能优异，且梯度复合涂层的化学稳定性能好。

技术领域

本发明涉及钛合金材料，具体是一种抗高温氧化和热盐腐蚀的钛合金复合材料，以及该钛合金复合材料的制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗腐蚀性能好等特点，是优良的高温结构材料，主要用作航空发动机的制备。

钛合金在使用温度超过600℃时，其表面会生成抗氧化性能较差的氧化膜，该氧化膜会导致钛合金的性能严重降低。

目前，我国航空发动机用的耐热钛合金主要为TC1～TC10等，它们的使用温度通常是低于600℃的；另外，TC1～TC10等钛合金在高温环境中工作时，遇到腐蚀性介质会加速钛合金的腐蚀。可见，目前我国航空发动机制造所采用的钛合金材料抗高温氧化性能和抗腐蚀性能是偏低的，如何提高钛合金-特别是TC1～TC10等钛合金的抗高温氧化性能和抗高温热盐腐蚀性能，一直是业内科研的技术重点，亦是亟待解决的技术重点。

钛合金抗高温氧化性能和抗高温热盐腐蚀性能的提高，主要是通过在钛合金表面制备抗高温氧化性能和抗高温热盐腐蚀性能的涂层而实现的。

纵观国、内外钛合金材料的发展，其表面涂层主要有单一的渗铝涂层、包覆涂层、热障涂层、微弧氧化涂层和搪瓷涂层。

其中，在钛合金基体表面设置渗铝涂层的工艺简单，成本低，但其热膨胀系数与钛合金基体有较大差异，容易出现贯穿性裂纹。

包覆涂层与钛合金基体的膨胀系数接近，涂层塑性好，对钛合金基体的机械性能影响小，但是包覆涂层与钛合金基体之间存在互渗层，易形成脆硬相和空洞，而且包覆涂层主要通过磁控溅射和PVD方法制作，成本高。

热障涂层虽然有很好的高温力学性能，但热障涂层和钛合金基体之间的互扩散往往会使涂层的性能很快发生退化。

微弧氧化涂层是近年来新兴起的一项对金属材料进行表面陶瓷化处理的新工艺，微弧氧化的陶瓷涂层与金属基体属于冶金结合，陶瓷涂层与金属基体结合十分牢固，对金属基体能够起到一定的保护作用。但是，将微弧氧化涂层应用到钛合金基体上时，其微弧氧化所形成的陶瓷涂层-即陶瓷膜比较薄，满足不了大幅度提高钛合金的抗高温氧化性能和抗高温热盐腐蚀性能的技术要求。

搪瓷涂层以氧化物为主，具有良好的热化学稳定性，通过成分的控制可以改变其性能，是一种优良的抗高温氧化及高温热盐腐蚀的涂层材料。然而，在现有技术中搪瓷涂层是直接烧制成型于钛合金基体表面的，其会存在如下主要技术问题：

1. 由于氧在钛合金中的固溶度很高，搪瓷涂层在钛合金基体表面直接烧制成型时，容易在搪瓷涂层与钛合金基体的界面处发生氧化或氧的溶解，从而形成一层较薄的氧化物层，该氧化物层能够降低搪瓷涂层与钛合金基体的界面结合；

2. 在搪瓷涂层与钛合金基体的界面处发生氧化时，搪瓷中的氧在界面处逐渐向钛合金基体中迁移，钛合金基体中溶解的氧会增多，从而降低陶瓷涂层的抗氧化能力；

3. 大多数钛合金中会含有Al元素，搪瓷涂层中的主要组分SiO₂与钛合金中的TiAl接触在烧制成型温度条件下，会反应形成TiSiO₃相，TiSiO₃相会降低搪瓷涂层与钛合金基体的结合力。