[发明专利]一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层的方法

说明书

本发明公开了一种钛或钛合金表面制备Ti‑Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层的方法。该方法包括以下步骤：1.采用金属清洗剂对钛或钛合金工件表面除油清洗，然后放在干燥箱中烘干；2.将步骤一中的钛或钛合金工件浸入到氩气保护的纯铝液中进行热浸镀铝，保温一定时间后，将钛或钛合金工件从纯铝液中抽出，钛或钛合金工件表面形成TiAl₃中间相层和纯铝层；3.将步骤二中的钛或钛合金工件进行无氢渗碳处理，表面纯铝层与活性碳原子反应生成纯铝渗碳层，TiAl₃中间相层中的铝元素继续向基体扩散，Al与Ti反应生成更多的Ti‑Al系中间相层，最终形成Ti‑Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层。本发明的涂层制备方法适用于复杂构件，且方法简便、成本低、易于实现。

技术领域

本发明涉及钛或钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层的方法。

背景技术

钛及其合金具有重量轻、比强度大、耐热性强、耐腐蚀等优异的综合性能，被誉为“未来的金属”，是一类具有发展前途的新型结构材料。钛合金已广泛应用于国民经济各部门。它是火箭、导弹和航天飞机中不可缺少的材料。现如今也已经在船舶、化工、发电等许多工业部门中被广泛应用。

钛合金因具有强度高、硬度高、密度小、耐蚀耐热性能好等优点。目前已广泛应用于先进航空发动机中，高温钛合金用量已占到发动机总重量的25％-40％，尽管钛及钛合金具有许多优异的性能，在各个领域得到广泛应用，但其也存在一些缺点。钛及钛合金的普遍缺点是表面硬度低(纯钛的硬度约为150-200HV，钛合金通常不超过350HV)，摩擦系数大，耐磨性差。钛合金在600℃存在“热障”温度。即当钛合金的服役温度高于600℃时，钛合金的抗高温氧化性能急剧下降，这是限制钛合金发展的重要原因之一。为了提高钛合金的抗高温氧化性能，人们采用了多种方法对钛合金进行表面改性，最初选择在钛合金表面形成一层镀铝涂层，目的是希望得到抗高温氧化性能优异的TiAl₃中间相层，然后利用纯铝层与活性碳原子反应形成耐磨、抗高温氧化、耐腐蚀的纯铝渗碳层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层的方法。该方法采用先热浸镀铝再无氢渗碳的逐步镀层方法，确保优先形成抗高温氧化性能优异的TiAl₃中间相层，然后利用纯铝层与活性碳原子反应形成耐磨、抗高温氧化、耐腐蚀的纯铝渗碳层。本发明适合复杂结构的钛或钛合金工件制备Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层，涂层与基体结合紧密，制备方法简便、成本低、易于实现。

本发明的另一目的在于，提供种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层的方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用金属清洗剂对钛或钛合金工件表面除油清洗，然后放在干燥箱中烘干；

步骤二、将步骤一中的钛或钛合金工件浸入到氩气保护的纯铝液中进行热浸镀铝，保温一定时间后，将钛或钛合金工件从纯铝液中抽出，钛或钛合金工件表面形成TiAl₃中间相层和纯铝层；

步骤三、将步骤二中的钛或钛合金工件进行无氢渗碳处理，表面纯铝层与活性碳原子反应生成纯铝渗碳层，TiAl₃中间相层中的铝元素继续向基体扩散，Al与Ti反应生成更多的Ti-Al系中间相层，最终形成Ti-Al系中间相层/纯铝渗碳层复合涂层。