一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬抗氧化涂層領域，具體涉及一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法。
【背景技術】
[0002]先進材料的研發和應用一直是科技發展與社會進步的基石，近年來，航空航天、汽車工業取得了飛速的發展，先進航空航天用高性能結構材料應當符合以下條件:低密度、高的比強度與比剛度、良好的高溫抗氧化性能。
[0003]TiAl基合金具有高的比強度、比剛度和低密度，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質高溫結構材料，在航空航天、汽車制造等工業領域有著廣闊的應用前景，近年來，雖然TiAl基合金的相關研究工作已經取得了相當大的突破，但是在實現該類合金的工程化應用的道路上還有許多的難題需要盡快解決，例如當溫度在800 °C以上時，TiAl基合金就面臨抗氧化性能不足的問題，而TiAl基合金的熱加工及熱處理均在900°C?1300 °C之間，因此，防止TiAl基合金在高溫處理時的氧化行為，對合金的開發與應用具有重要的意義。目前，國內外有很多學者研究了 TiAl基合金高溫變形及熱處理時抗氧化的方法，主要通過使用特殊包套來實現，但是，使用包套工藝流程比較復雜，加工包套以及抽真空的成本較高，并且在加工過程中，由于包套的變形與TiAl基合金變形的不一致性，造成TiAl基合金變形不均勻和容易出現裂紋缺陷，同時，變形后包套與合金的分離比較困難。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種組分配比合理、生產工藝簡單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化、不影響TiAl基合金高溫變形能力、涂層與基體在常溫下分離方便的TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質量百分數的組分組成:
S12 50 %?80 % ；
Na2O 5 %?30 % ；
CaO 5 %?30 % ；
Al2O3 5 %?10 %。
[0006]優選的，TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質量百分數的組分組成:
S12 60 %?75 % ；
Na2O 10 %?20 % ；
CaO 10 %?20 % ；
Al2O3 7 %?9 %。
[0007]優選的，TiAl基合金高溫抗氧化涂層，由以下質量百分數的組分組成:
S12 62 % ；Na2O 15 % ；
CaO 15 %；
Al2O3 8 %。
[0008]一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，包括以下步驟:
(1)取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，按比例混合均勻，加熱至1300 °C?1500°C，保溫6 h?8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用；
(2)將步驟(I)所得高溫抗氧化涂層原料加熱到1100°C?1300 0C的粘流態，然后，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，即可得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基
I=IO
[0009]優選的，步驟(I)中加熱溫度為1400 °C，保溫時間為保溫6 ho
[0010]優選的，步驟(2)中加熱溫度為1200°C。
[0011]通過上述方法制備的抗氧化涂層可在1300°C以下條件下對TiAl基合金進行有效的抗氧化保護。將TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，抗氧化涂層可以將TiAl基合金和空氣有效的隔離開，可以有效防止TiAl基合金在高溫熱處理和變形條件下被氧化。
[0012]本發明的優點主要有:(I)比傳統的TiAl基合金高溫抗氧化方法容易實行，實施工藝簡單，技術難度低，工藝實施成本低；(2)所采用的原料成本低廉，可重復利用，經濟效益高；(3)抗氧化涂層在高溫下不會腐蝕TiAl基合金，對其沒有破壞和污染；(4)TiAl基合金高溫處理之后，在冷卻的過程中，由于抗氧化涂層和TiAl基合金膨脹系數的差異，抗氧化涂層會自動脫落，去除抗氧化涂層容易。
[0013]綜上所述，本發明組分配比合理、生產工藝簡單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化，不影響TiAl基合金高溫變形能力，涂層與基體在常溫下分離方便，有效的克服了現有技術使TiAl基合金變形不均勻、容易出現裂紋的缺陷及變形后包套與合金分離比較困難弊端，適于工業化應用。
【具體實施方式】
[0014]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳細介紹，但不局限于此。
[0015]實施例1
按質量百分數將S12 80 %,Na20 5 %,CaO 5 % ,Al2O3 10 %混合均勻，加熱至13000C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1100°(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0016]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.007 mg/cm2。
[0017]實施例2
按質量百分數將S12 50 % ,Na2O 30 % ,CaO 15 % ,Al2O3 5 %混合均勻，加熱至1500 °C，保溫8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1300 °(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0018]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.006 mg/cm2。
[0019]實施例3
按質量百分數將S12 50 % ,Na2O 13 % ,CaO 30 % ,Al2O3 7 %混合均勻，加熱至1400 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1200 °(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0020]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.006 mg/cm2。
[0021 ] 實施例4
按質量百分數將S12 71 % ,Na2O 10 % ,CaO 10 % ,Al2O3 9 %混合均勻，加熱至1350 °C，保溫7 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1150 °C°C的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0022]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.005 mg/cm2。
[0023]實施例5
按質量百分數將S12 75 %,Na20 14 % XaO 5 % ,Al2O3 6 %混合均勻，加熱至14500C，保溫7 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1250°(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0024]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.008 mg/cm2。
[0025]實施例6
按質量百分數將S12 50 % ,Na2O 20 % XaO 20 % ,Al2O3 10 %混合均勻，加熱至1350 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1100 °(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0026]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.007 mg/cm2。
[0027]實施例7
按質量百分數將S12 62 % ,Na2O 15 % ,CaO 15 % ,Al2O3 8 %混合均勻，加熱至1400 °C，保溫6 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用;將高溫抗氧化涂層原料加熱到1200 °(:的粘流態，然后，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。
[0028]采用氧化增重法測試TiAl基合金高溫抗氧化涂層抗氧化性能，將所得附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.003 mg/cm2。
[0029]對比例
采用氧化增重法測試TiAl基合金抗氧化性能，將邊長為10 mm正方體的TiAl基合金經1000 °C/100 h高溫氧化后，氧化增重為0.080 mg/cm20
[0030]通過對實施例1至7與對比例抗氧化性能對比，可以得出所制備的TiAl基合金高溫抗氧化涂層具有很好的抗氧化性能，且材料簡單易得，工藝簡單，適于工業應用。
【主權項】
1.一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于由以下質量百分數的組分組成: S12 50 %?80 % ； Na2O 5 %?30 % ； CaO 5 %?30 % ； Al2O3 5 %?10 %。2.根據權利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于由以下質量百分數的組分組成: S12 60 %?75 % ； Na2O 10 %?20 % ； CaO 10 %?20 % ； Al2O3 7 %?9 %。3.根據權利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層，其特征在于所述的由以下質量百分數的組分組成:S12 62 % ； Na2O 15 % ； CaO 15 %； Al2O3 8 %。4.權利要求1所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，按比例混合均勻，加熱至1300°C?1500°C，保溫6 h?8 h，隨爐冷卻，得高溫抗氧化涂層原料，待用； (2)將步驟(I)所得高溫抗氧化涂層原料加熱到11000C?1300 0C的粘流態，然后，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，即得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。5.根據權利要求4所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中加熱溫度為1400°C，保溫時間為保溫6 ho6.根據權利要求4所述的TiAl基合金高溫抗氧化涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中加熱溫度為1200°C。
【專利摘要】本發明公開了一種TiAl基合金高溫抗氧化涂層及其制備方法，涂層由SiO2、Na2O、CaO、Al2O3組成；制備方法是：首先，按組分比例取TiAl基合金高溫抗氧化涂層各組分，加熱至1300 ℃～1500 ℃保溫后冷卻，然后將所得高溫抗氧化涂層原料加熱到粘流態，將TiAl基合金完全浸泡在粘流態的涂層原料中，即可得到表面附有高溫抗氧化涂層的TiAl基合金。本發明組分配比合理、生產工藝簡單、操作使用方便、成本低、可有效防止TiAl基合金高溫氧化，不影響TiAl基合金高溫變形能力，適于工業化應用。
【IPC分類】C04B35/66, C23C26/02
【公開號】CN105714287
【申請號】CN201610148554
【發明人】劉莉, 王爽, 邱晶, 劉曉東, 黃明明
【申請人】蘇州萊特復合材料有限公司