[发明专利]一种TiAl合金表面的纳米YSZ/NiCoCrAlYTa复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种TiAl合金表面的纳米YSZ/NiCoCrAlYTa复合涂层的制备方法，属于涂层材料领域。所述的复合涂层由表层至内层依次为纳米YSZ(Y₂O₃‑ZrO₂)陶瓷层、NiCoCrAlYTa粘结层。其制备方法为：先将TiAl合金表面进行预处理；利用超音速火焰喷涂技术在合金表面进行NiCoCrAlYTa粘结层制备；利用大气等离子喷涂技术在粘结层表面制备纳米Y₂O₃‑ZrO₂陶瓷面层。本发明采用超音速火焰喷涂技术和大气等离子技术相结合的方法，简易高效的在TiAl合金表面制备高温性能优异且各界面结合紧密的复合涂层，利于提高TiAl合金高温抗氧化性能。

技术领域

本发明属于高温合金复合涂层制造领域，具体是使用超音速火焰喷涂和大气等离子喷涂技术相结合，在TiAl合金表面制备一种高温抗氧化复合涂层。

背景技术

TiAl合金作为一种新型的高温结构应用材料，由于其具有高比强度，低密度，优异的耐腐蚀性和稳定的高温力学性能，正逐步取代Ti合金和Ni基高温合金。近年来，TiAl合金已被研究且应用于航天航空和汽车制造等领域，如涡轮叶片、排气阀和涡轮增压器转子等。但是，当工作温度达到750℃以上时，TiAl基合金的抗氧化性能急剧下降，这主要原因是其自由表面上未形成致密的保护性氧化膜，而是形成疏松多孔的非保护性的TiO₂和Al₂O₃混合层。

为了解决这一问题，提高TiAl基合金在高温下的抗氧化性，当前关于这方面的研究主要分为两个方向：1.通过添加合金元素和改善制备工艺来调控合金内部组织，以提高合金高温抗氧化性能；2.通过表面改性技术，以阻止空气侵入基体。然而，添加合金元素的方法往往会导致其他性能发生改变，如室温延性和抗蠕变性能。因此，通过使用合金元素来提高TiAl基合金的抗氧化性并不总是合理的，从而表面改性技术可成为更好的研究方向。

表面改性技术包括表面合金化技术和表面涂层技术，表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、激光表面合金化等方法，该方法对抗氧化性能提升效果较弱，且工业生产难度较大。表面涂层技术是采用表面工程技术手段将不同种类的涂层(Al-X体系、Ti-Al-X体系、MCrAlY体系、陶瓷涂层、复合涂层等)喷涂至基体表面，改善基体的表面性能。目前，表面制备技术手段主要为电化学沉积、磁控溅射、等离子喷涂、激光熔覆、超音速火焰等。但上述方法均存在一些问题，如电化学沉积和磁控溅射工艺复杂，对原材料和基体规格要求较高，难以工业化，等离子喷涂的涂层与基体的结合性能较差，激光熔覆效率低，成本高。因此开发新的喷涂工艺至关重要，同时在抗氧化涂层领域，单一的涂层已满足不了现如今的应用需求，主要集中研究制备新型复合涂层和改性涂层。

在文献“Microstructural characterization of YSZ-CoNiCrAlY two-layeredthermal barrier coating formed onγ-TiAl intermetallic alloy via APS process”中提出，使用大气等离子方法在合金表面制备了YSZ-CoNiCrAlY的复合涂层，显著改善了合金的抗氧化性能；但由大气等离子制备的CoNiCrAlY粘结层存在较多的微裂纹，对涂层性能产生不良影响，这表明MCrAlY体系粘结层的制备并不适合采用大气等离子喷涂方法。