一种TC19钛合金复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种TC19钛合金复合材料，该材料由TC19钛合金基底与高熵合金层构成；本发明专利技术还公开了这种复合材料的制备方法：将高熵合金的构成元素按比例配料，然后在激光的作用下熔敷在TC19钛合金的表面。这种复合材料不仅具备钛合金高比强度的优点，还能够在高温环境下使用，弥补了传统钛合金的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种TC19钛合金复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及钛合金领域，具体涉及一种抗氧化钛合金复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
钛合金是一种性能优异的金属材料，其密度低、强度高，在所有金属中其比强度是最高的。因而，钛合金在国防、航空航天等领域得到了广泛应用。但是，钛合金的耐高温性能不好，在高温下，钛合金非常容易氧化，因而限制了其应用。公开号为105603483A的专利技术专利公开了一种钛基合金抗高温氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：1)首先去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)按比例将无水乙醇、水和前躯体硅酸烷基酯混合，用酸调混合液pH至2.0～6.0，室温下搅拌2～48h，得到前躯体溶液；3)在两电极槽中加入配好的前躯体溶液，以钛基合金基体作为工作电极，铂片或石墨作为对电极，电极间距控制在1-10cm，控制电流密度为-0.1mA·cm-2～-5.0mA·cm-2，沉积时间为30s～2000s，水洗后于40～150℃烘干，得到微纳米氧化物涂层；4)将覆盖有微纳米氧化物涂层的钛基合金在空气中于600～700℃下热处理10～60min，即制得钛基合金抗高温氧化涂层。该专利技术制备工艺简单，获得的涂层与基体之间具有优异的结合力，可显著提高钛铝合金高温抗氧化性能。公开号为104947107A的专利技术专利提供了一种钛及钛合金表面抗氧化耐磨损复合涂层及其制备方法，属于表面处理
该复合涂层由内层隔氧层和外层耐磨抗氧化层组成；隔氧层为富铝的渗铝层，其主要成分为TiAl3，耐磨抗氧化层为成分是Al2O3和TiO2的高硬度陶瓷。该方法包括1、钛或钛合金表面预处理；2、钛或钛合金表面渗铝处理；3、钛或钛合金表面微弧氧化处理。该方法简单，适合工业化使用；该复合涂层抗高温氧化性能要好于现有防护涂层，解决了普通渗铝形成贯穿性裂纹和喷涂层结合力低的问题，解决了钛合金普通微弧氧化硬度不足、氮化改性层较薄等问题，满足大部分钛合金零部件对耐磨性的要求。公开号为103103593A的专利技术专利公开了一种铝、镁、钛或其合金的表面陶瓷氧化方法，涉及一种金属及其合金的表面陶瓷氧化
，将以铝、镁、钛或其合金为材料的工件放在电解液中，以所述工件为阳极，在其周围附加阴极，在阳极和阴极之间加以500V电压，同时以激光束在工件表面进行扫描，从而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。采用该专利技术方法可在铝、镁、钛或其合金表面原位自生氧化出陶瓷膜，从而对以铝、镁、钛或其合金为材料的工件进行强化，提高其耐磨性与耐腐蚀性。公开号为105543798A的专利技术专利提供了一种提高钛基合金抗高温氧化性能的方法，包括以下步骤：1)去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)采用离子注入法向钛基合金基体中注入特征离子；特征离子为Cr、Y、Nb、F、Cl离子中的一种或任意几种；3)按比例将无水乙醇、水和前躯体硅酸烷基酯混合，然后调混合体系pH至2.0～6.0，室温下搅拌得到前躯体溶液；4)在两电极槽中加入配好的前躯体溶液，以注入了特征离子的钛基合金为阴极，铂片或石墨作为对电极，进行电沉积，沉积完成后将工作电极水洗后烘干，得到微纳米氧化物涂层；5)将覆盖有微纳米氧化物涂层的钛基合金在空气中热处理，得到抗高温氧化涂层，显著提高了钛基合金的抗高温氧化性能。公开号为105331973A的专利技术专利公开了一种钛合金表面制备高Nb钛铝基合金抗氧化涂层的方法。该方法是利用CO2激光束作用下Ti-Al-Nb混合元素粉末之间的原位合成反应及热处理，在钛合金表面制备高Nb钛铝基合金涂层。涂层制备步骤包括：钛合金表面预处理、粉末配制及球磨、粉末预置、粉末激光烧结、涂层热处理、抗氧化性能测试及显微组织分析七个部分。性能测试结果表明，该专利技术可以有效降低钛合金在高温环境中的剧烈氧化，大幅度提高钛合金使用温度极限；该专利技术提供了一种周期短、综合成本低、柔性化程度高的涂层制备方法；该方法能在不大幅度影响合金涂层高温抗氧化性能的前提下，对涂层成分配比进行灵活调整，得到致密度高、厚度均匀、抗氧化性能优良的高Nb钛铝基合金双相涂层。以上方法能够提高钛合金的高温使用性能，但是一般都降低了材料表面的力学性能。
技术实现思路
专利技术目的：为了提高钛合金的使用温度，本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种TC19钛合金复合材料。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种TC19钛合金复合材料的制备方法。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种TC19钛合金复合材料的应用。常规的钛合金的使用温度不能超过650摄氏度，而本专利技术采用激光熔敷的方法，制备钛合金-高熵合金复合材料，能够将钛合金的使用温度提高到800摄氏度以上。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种TC19钛合金复合材料，该合金由TC19钛合金基底与高熵合金层构成。作为优选，高熵合金按原子百分比包括如下组分：Ti：V为1：1.5~2，V：Cr为1：0.9~1.1，V：Al为1：0.9~1.1，V：Fe为1：0.9~1.1，V：Si为1：0.9~1.1，V：Zr为1：0.4~0.5。作为优选，上述高熵合金层的厚度为100-5000微米。上述的TC19钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：1）按照上述的高熵合金元素比例准备粉末状原料，并混合均匀；2）准备TC19钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；3）在惰性气氛中使用激光器在TC19钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度4mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；4）空冷，由此得到TC19钛合金-高熵合金复合材料。上述的TC19钛合金复合材料在航空航天、交通工具等方面的应用。有益效果：本专利技术具有以下优点：采用本专利技术的方法可以制备一种TC19钛合金复合材料，能够将钛合金的使用温度提高到800摄氏度以上，远高于常规钛合金的使用温度（一般低于650摄氏度）。这是由于高熵合金层具有优异的高温性能，能够保护内部的钛合金不被氧化。并且，由于高熵合金具有极高的硬度，因此，本专利技术比采用涂料表面保护的钛合金的表面硬度更高。本专利技术的高熵合金没有采用较为昂贵的稀土元素，成本低，效果好。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作更进一步的举例说明。实施例1：TC19钛合金复合材料的制备1）按照Ti：V：Cr：Al：Fe：Si：Zr=1：2：1.9：1.8：2.1：1.9：1的原子比为配制金属粉，混合均匀；2）准备TC19钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度4mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；4）空冷，由此得到TC19钛合金-高熵合金复合材料。实施例2：TC19钛合金复合材料的制备1）按照Ti：V：Cr：Al：Fe：Si：Zr=1：1.5：1.5：1.5：1.6：1.4：0.75的原子比为配制金属粉，混合均匀；2）准备TC19钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度4mm/s，光斑直径为2.5mm，扫描间距1.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TC19钛合金复合材料，其特征在于，该材料由TC19钛合金基底与高熵合金层构成。

【技术特征摘要】
1.一种TC19钛合金复合材料，其特征在于，该材料由TC19钛合金基底与高熵合金层构成。2.根据权利要求1所述的一种TC19钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金由钛、钒、铬、铝、铁、硅、锆元素构成。3.根据权利要求1所述的一种TC19钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金的厚度为100-5000微米。4.根据权利要求1所述的一种TC19钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金层的成分配比按照原子百分比组成为：Ti：V为1：1.5~2，V：Cr为1：0.9~1.1，V：Al为1：0.9~1.1，V：Fe为1：0.9~1.1，V：Si为1：0.9~1.1，V：Zr为1：0.4~0.5。5.根据权利要求4所述的一种TC19钛合金复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：镇江市丹徒区硕源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32