[发明专利]一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料，包括钛铌合金基体和覆盖在基体上的复相碳化物涂层，碳化物涂层包括靠近基体的纳米级复相碳化钛铌陶瓷层和纳米+微米级复相碳化钛铌陶瓷层，纳米+微米级复相碳化钛铌陶瓷层覆盖在纳米级复相碳化钛铌陶瓷层上，钛铌合金基体中铌原子百分比含量不低于10％，本发明还公开了一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料的制备方法。本发明复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料具有较好的高温稳定性、抗磨损、抗冲蚀及抗氧化性能，可广泛应用于航空航天工程中，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于高温合金涂层技术领域，具体涉及一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的突飞猛进，航空航天及工程应用环境的进一步苛刻，对高温合金的性能进一步提出了更为严峻的要求。不仅需要满足高强化、耐高温、高韧性，同时要进一步的低密化。因此，在铌基高温合金的基础上，轻量化被重点考量，结合钛合金的轻量化的优点，铌钛高温合金被进一步开发和应用。但高温合金抗氧化性能很难满足使用要求。在高温下使用时，都必须在合金表面上加涂抗磨损、抗氧化涂层。

目前，常用的高温合金涂层主要有铝化物涂层、包覆涂层及热障涂层等，但这几种涂层在抗热腐蚀性、高温稳定性、界面结合力等方面均有一定缺陷。在高温工况下，合金表面抗氧化涂层因热腐蚀、磨损等因素被破坏，使合金基体短期内因高温而发生失效。因此，人们急需要制备出一种新型高温合金，要求该材料在高温工况下既拥有低密度、高温稳定性、良好的结合界面等，又具有良好的抗氧化性能，以满足航天、航空等先进技术的要求。这类高温合金对未来超高速航空航天的发展有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料，解决现有高温合金涂层材料的高温稳定性差、抗磨损性能低及抗氧化性能差等问题。

本发明的另一目的是提供一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料的制备方法。

本发明采用的第一技术方案是，一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料，包括钛铌合金基体和覆盖在基体上的复相碳化物涂层，复相碳化物涂层包括基体表面的纳米级复相碳化钛铌陶瓷层，纳米级复相碳化钛铌陶瓷层表面上覆盖有纳米+微米级复相碳化钛铌陶瓷层，钛铌合金基体中铌原子百分比含量不低于10％。

本发明的技术特征还在于，

其中，钛铌合金基体的厚度为1mm-10mm，复相碳化物涂层厚度为20μm-200μm，纳米级复相碳化钛铌陶瓷层厚度为10μm-140μm。

本发明采用的第二技术方案是，一种复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选取1mm-10mm厚的TiNb合金板和1mm-3mm厚的钢铁板，所述TiNb合金板中Nb百分比含量不低于10％；

步骤2，对选取的TiNb合金板和钢铁板进行表面预清洁；

步骤3，将预清洁后的TiNb合金板和钢铁板叠放在一起，然后放置于高温气氛/真空炉内进行1050-1150℃的高温原位反应后，TiNb合金板和钢铁板对接面生成双尺度复相碳化钛铌金属陶瓷涂层，去除该涂层表面剩余的钢铁板材，即制得复相碳化物涂层/钛铌合金基复合材料。

其中，步骤2中的表面预清洁具体过程如下：

步骤2.1，对选取的TiNb合金板和钢铁板表面进行喷丸处理；

步骤2.2，对喷丸处理后的TiNb合金板和钢铁板进行酸洗和水洗；

步骤2.3，对水洗后的TiNb合金板和钢铁板进行表面打磨；

步骤2.4，对打磨后的TiNb合金板和钢铁板进行酒精超声清洗。