本發(fā)明涉及金屬材料表面改性領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦合金涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

鈦合金由于比強度及比模量高、密度低、抗破壞能力強，在先進航空發(fā)動機的壓氣機機匣、葉片等航空部件上具有巨大的應(yīng)用前景。但由于鈦合金在高溫環(huán)境下，遭受劇烈摩擦?xí)r會起火燃燒，并且會迅速蔓延，發(fā)生鈦火事故，嚴(yán)重制約了鈦合金在先進航空發(fā)動機中的應(yīng)用。在鈦合金部件表面制備防鈦火阻燃涂層是防止鈦火燃燒的措施之一。此外，先進航空發(fā)動機的鈦合金部件承受的工作溫度越來越高，需要在鈦合金表面制備隔熱涂層，以提高其抗高溫氧化能力，延長部件的使用壽命。目前，采用等離子噴涂制備隔熱涂層的技術(shù)相對成熟，但不具備鈦火防止功能，無法滿足新型號的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種鈦合金的制備方法、鈦合金涂層及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)鈦合金涂層不具備鈦火防止功能的技術(shù)缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種鈦合金復(fù)合涂層的制備方法，包括：

步驟1：于鈦合金上通過電火花沉積技術(shù)沉積非晶材料tizrnicube以形成防鈦火阻燃涂層；以及

步驟2：在所述防鈦火阻燃涂層上通過等離子噴涂制備隔熱涂層。

較佳地，所述步驟2中采用超音速等離子噴涂。

較佳地，步驟1中的電火花沉積工藝為：電壓60-110v、頻率1-2khz、放電電容在40～120μf、比沉積時間1-5min/cm²。

較佳地，步驟1中：所述防鈦火阻燃涂層的厚度0.1-0.15mm。

較佳地，步驟1中：沉積過程中用氬氣保護，氬氣流量10-20l/min。

較佳地，步驟2中，噴涂工藝為：電流430-445a、電壓130-150v、氬氣流量1800-2200l/h、噴涂距離為50-100mm、送粉量為20-50g/min，所述隔熱涂層的厚度為0.2-0.3mm。

較佳地，所述隔熱涂層為zro2.7-8％y2o3隔熱涂層。

較佳地，步驟1及步驟2之間還包括：通過噴砂去除所述防鈦火涂層表面氧化物。

而且，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了上述鈦合金復(fù)合涂層的制備方法所制備的鈦合金涂層。

而且，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出了上述鈦合金涂層在航空部件中的應(yīng)用。

本發(fā)明結(jié)合電火花沉積技術(shù)和等離子噴涂技術(shù)制備復(fù)合功能涂層。電火花沉積的tizrnicube非晶合金涂層具有良好的防鈦火性能，超音速等離子噴涂的釔穩(wěn)氧化鋯涂層具有優(yōu)異的隔熱性能，復(fù)合功能涂層兼具了防鈦火阻燃和隔熱性能。同時，電火花沉積的tizrnicube非晶合金涂層不僅具有防鈦火阻燃功能，還與基體形成微冶金結(jié)合保障了復(fù)合功能涂層具有高達38mpa的結(jié)合強度，可以替代傳統(tǒng)熱障涂層的粘結(jié)層，而且，復(fù)合功能涂層的抗熱震性能優(yōu)異，經(jīng)受75次熱震循環(huán)，復(fù)合功能涂層剝落不到10％。此外，復(fù)合功能涂層對鈦合金基體的高周疲勞壽命的影響低于10％。

附圖說明

圖1為復(fù)合功能涂層截面的金相圖；

圖2為制備的防鈦火阻燃涂層線掃描圖譜；

圖3為防鈦火阻燃涂層x射線衍射圖譜。

其中，附圖標(biāo)記：

1、ti

2、zr

3、al

4、cu

5、ni

具體實施方式

本發(fā)明提出了在鈦合金表面采用電火花沉積技術(shù)沉積非晶材料為粘結(jié)層，采用超音速等離子噴涂制備隔熱涂層的防鈦火及隔熱復(fù)合功能涂層的方法。該方法是用電火花沉積結(jié)合超音速等離子噴涂在鈦合金表面制備隔熱防鈦火阻燃復(fù)合功能涂層的方法，兼具防鈦火阻燃與隔熱的性能。

本發(fā)明提出的鈦合金復(fù)合涂層的制備方法包括：步驟1：于鈦合金上通過電火花沉積技術(shù)沉積非晶材料tizrnicube以形成防鈦火阻燃涂層；以及步驟2：在所述防鈦火阻燃涂層上通過等離子噴涂制備隔熱涂層。即，本發(fā)明的復(fù)合涂層的制備方法，采用電火花沉積設(shè)備在鈦合金表面沉積tizrnicube非晶合金，然后用超音速等離子噴涂設(shè)備噴涂zro2.7-8％y2o3涂層，形成兼具防鈦火阻燃與隔熱性能的復(fù)合功能涂層。其中，步驟1中，非晶材料tizrnicube沉積前經(jīng)阻燃性能對比試驗優(yōu)化過更佳。

該方法具體如下：首先用酒精清洗鈦合金表面，吹干后用電火花沉積設(shè)備沉積非晶材料tizrnicube防鈦火阻燃涂層，厚度0.1-0.15mm，沉積過程中用氬氣保護，氬氣流量10-20l/min；電火花沉積工藝為：電壓60-110v、頻率1-2khz、放電電容在40～120μf、比沉積時間1-5min/cm²。隨后采用噴砂工藝，去除防鈦火涂層表面的氧化物，再采用超音速等離子噴涂材料為zro2.7-8％y2o3的隔熱涂層，厚度0.2-0.3mm。噴涂工藝為：電流430-445a、電壓130-150v、氬氣流量1800-2200l/h、噴涂距離為50-100mm、送粉量為20-50g/min。

實施例：

本實施方式是電火花沉積技術(shù)與超音速等離子噴涂技術(shù)結(jié)合制備隔熱防鈦火復(fù)合功能涂層的方法，具體實施步驟如下：

一、用酒精在超聲清洗池中清洗鈦合金表面，清洗時間5-10min，清洗后吹干。

二、用電火花沉積設(shè)備將tizrnicube非晶合金沉積到鈦合金表面，得到防鈦火阻燃涂層。電火花沉積工藝為：電壓60-110v、頻率2khz；放電電容從40μf逐漸增到120μf，然后從120μf逐漸減到40μf，以達到先增厚后拋光的目的；比沉積時間5min/cm²、厚度0.1-0.15mm，沉積過程中用氬氣保護，氬氣流量20l/min。

三、輕微噴砂，去除防鈦火涂層表面氧化物，用超音速等離子噴涂設(shè)備噴涂釔穩(wěn)氧化鋯隔熱涂層(zro2.7-8％y2o3)，厚度0.2-0.3mm。噴涂工藝為：電流430-445a、電壓130-150v、氬氣流量1800-2200l/h、噴涂距離為50-100mm、送粉量為20-50g/min，厚度0.2-0.3mm。

圖1為復(fù)合功能涂層截面的金相照片；可以看出，電火花沉積tizrnicube非晶合金層與基體和釔穩(wěn)氧化鋯噴涂層的界面清晰，形成了良好的結(jié)合。

圖2為制備的阻燃涂層線掃描圖譜；其中，曲線1、2、3、4、5依次代表ti、zr、al、cu、ni。由圖2可知，基體鈦合金主要由tial組成，阻燃涂層主要由tizrnicube組成。涂層與基體之間無元素過渡區(qū)，涂層主要由zr、ti元素組成，基體主要由ti、al元素組成，zr、al元素在涂層與基體界面存在突變，說明采用微弧離子表面改性工藝在鈦合金上制備阻燃涂層時，涂層與基體之間不存在過渡區(qū)。阻燃層和基體材料結(jié)合面處有很窄的成分熔滲擴散區(qū)，此處的主要元素發(fā)生了相互擴散?；w的ti、al、mo元素由基體向阻燃層擴散；阻燃層的主要元素ni、cu、zr等元素由阻燃層表面向基體擴散。

圖3為阻燃涂層x射線衍射圖譜；由圖3可知，制備的阻燃涂層由tizrnicube非晶合金組成，圖中衍射峰呈饅頭形慢散射峰，表面涂層物相完全由非晶相組成。

將復(fù)合功能涂層連續(xù)進行75次熱震試驗，涂層表面剝落不到10％，而“hb7296-96，熱噴涂熱障涂層質(zhì)量檢驗”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱障涂層熱震試驗連續(xù)6次涂層無剝落開裂等缺陷即為合格，復(fù)合功能涂層連續(xù)進行75次熱震試驗才出現(xiàn)輕微剝落，遠遠超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格次數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是，結(jié)合電火花沉積技術(shù)和等離子噴涂技術(shù)制備復(fù)合功能涂層。電火花沉積的tizrnicube非晶合金涂層具有良好的防鈦火阻燃性能，超音速等離子噴涂的釔穩(wěn)氧化鋯涂層具有優(yōu)異的隔熱性能，復(fù)合功能涂層兼具了防鈦火阻燃和隔熱性能。同時，電火花沉積的tizrnicube非晶合金涂層不僅具有防鈦火阻燃功能，還與基體形成微冶金結(jié)合保障了復(fù)合功能涂層具有高達38mpa的結(jié)合強度，可以替代傳統(tǒng)熱障涂層的粘結(jié)層，而且，復(fù)合功能涂層的抗熱震性能優(yōu)異，經(jīng)受75次熱震循環(huán)，復(fù)合功能涂層剝落不到10％。此外，復(fù)合功能涂層對鈦合金基體的高周疲勞壽命的影響低于10％。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。