[发明专利]钛合金表面低应力高温抗氧化涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面低应力高温抗氧化涂层的制备方法，是在钛合金表面铺覆Al/Ti/TiBCN涂层材料并激光扫描熔覆得到高温抗氧化涂层，再次激光扫描处理得到重熔高温抗氧化涂层，从而细化涂层组织，获得均匀的表面残余应力；然后对重熔高温抗氧化涂层进行真空扩散热处理和HCPEB二次重熔处理，降低涂层内应力，获得低应力高温抗氧化Al/Ti/TiBCN复合涂层。

技术领域

本发明涉及一种高温抗氧化涂层的制备方法，特别是涉及一种基于激光熔覆和HCPEB复合技术在钛合金表面制备低应力高温抗氧化涂层的方法。

背景技术

钛合金材料具有高的比强度、优异的抗蚀性和良好的高温力学性能，是航空航天、兵器、化工、医疗等行业优选的结构和功能材料。其中，在航空航天工业中主要用以减轻结构质量，提高推重比。

然而，在高温条件下，钛合金表面形成的氧化膜主要以多孔TiO₂为主，不能对氧的侵入形成有效阻碍；此外，钛合金在一定的环境温度、压力和气流速度下会发生燃烧，如燃气涡轮发动机上发生的钛火蔓延速度很快，从燃烧开始到结束仅4～20s。为此，国内外积极开展钛合金高温防护技术研究，通过合金成分和组织结构控制来改变钛合金表面的氧化行为。其中，激光熔覆技术是能够同时获得最佳力学性能和表面防护的一种有效手段。

激光熔覆技术作为一种新型的表面改性技术，具有加热速度快、瞬间加热温度高、冷却速度快、对工件热影响小、熔覆层成分和稀释度可控、熔覆层与基底冶金结合强度高等优点。但在最佳工艺参数下，激光熔覆制备的高温抗氧化涂层内仍然存在较多应力，导致涂层内部疏松多孔，降低了涂层的高温服役性能。

发明内容

本发明的目的是针对钛合金高温条件下抗氧化能力不足，激光熔覆涂层内应力较多的问题，提供一种钛合金表面低应力高温抗氧化涂层的制备方法。

本发明所述钛合金表面低应力高温抗氧化涂层的制备方法包括以下顺序进行的处理过程：

1）、在钛合金表面铺覆Al/Ti/TiBCN涂层材料，以600～1400W的激光功率对所述涂层材料进行激光扫描熔覆，得到高温抗氧化涂层；

2）、以步骤1）激光功率50～85%的激光再次扫描高温抗氧化涂层，对所述高温抗氧化涂层进行激光重熔处理，得到重熔高温抗氧化涂层；

3）、对所述重熔高温抗氧化涂层进行真空扩散热处理；

4）、使用HCPEB技术对重熔高温抗氧化涂层表面进行二次重熔处理，获得低应力高温抗氧化Al/Ti/TiBCN复合涂层。

其中，所述的Al/Ti/TiBCN涂层材料是由3～10wt%高纯Al粉、10～40wt%Ti粉和50～80wt%TiBCN粉末混合干燥得到。

进而，所述的高纯Al粉、Ti粉和TiBCN粉末优选使用80～150目的原料。

进一步地，本发明的激光扫描熔覆制备高温抗氧化涂层工艺条件为激光功率600～1400W，光斑直径4mm，保护气流量5～15L/min，激光扫描速度3～9mm/s，扫描搭接率30～50%。

更进一步地，本发明是将所述Al/Ti/TiBCN涂层材料通过同轴载气送粉装置铺覆在钛合金表面。

作为优选，所述钛合金表面形成的高温抗氧化涂层的厚度为3～5mm。

进而，本发明在对所述高温抗氧化涂层进行激光重熔处理时，先使用砂纸对高温抗氧化涂层表面进行处理，使其粗糙度达到5～20Ra。

具体地，本发明所述的真空扩散热处理条件是在真空度1×10^-3～1×10^-1Pa、温度600～900℃的环境中真空扩散热处理5～7h。