具有复合渗层的钛铝合金件、具有金刚石涂层的钛铝合金件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、Ti5Si4层、TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。后续在该复合渗层基础上制备金刚石涂层时，该复合渗层能提高金刚石涂层与钛铝合金基体的粘附性，改善钛铝合金不耐磨损的问题，提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。

Ti Al alloy parts with composite layer and Ti Al alloy with diamond coating

The utility model provides a titanium Aluminum Alloy composite layer, including titanium Aluminum Alloy matrix, and is arranged on the titanium Aluminum Alloy substrate composite layer; layer includes TiAl2 layer, Ti5Si4 layer, TiSi2 layer which are sequentially overlapped by the composite permeability, along the thickness direction by the titanium Aluminum Alloy matrix to the compound layer, the compound layer thermal expansion coefficient decreased gradually. Subsequently, when the diamond coating is prepared on the composite layer, the composite coating can improve the adhesion between diamond coating and titanium aluminum alloy, improve the wear resistance of titanium aluminum alloy, and improve the service life of diamond coating on titanium aluminum alloy parts.

【技术实现步骤摘要】
具有复合渗层的钛铝合金件、具有金刚石涂层的钛铝合金件
本技术涉及钛铝合金的涂层
，特别是涉及一种具有复合渗层的钛铝合金件、具有金刚石涂层的钛铝合金件。
技术介绍
钛铝合金具有密度低、比强度和比刚度高、高温蠕变性能好等优点，被认为是极具应用前景的新型轻质工程结构材料之一。但其摩擦系数高，耐磨性差，在实际使用过程中容易磨损从而降低其使用寿命。摩擦磨损等微动损伤已成为限制钛铝合金广泛应用的主要瓶颈之一。目前金刚石薄膜因具有硬度高、耐磨性强、摩擦系数较低、热导率高等特性，而常被用来制备耐磨涂层。一层附着力良好的金刚石薄膜可以极大地提高微动摩擦磨损服役环境下机械构件的使用寿命。但是钛铝合金与金刚石薄膜的热膨胀系数相差较大，金刚石薄膜在钛铝合金表面沉积后，在冷却的过程中，会因热膨胀系数相差较大而产生热应力从而导致金刚石薄膜与基体之间的粘附性较差、钛铝合金和金刚石薄膜之间形成裂纹，在应力集中的地方甚至会出现金刚石薄膜脱落的现象。现有技术中(CN104760349A)有采用辉光离子渗的方法在钛铝合金表面制备了抗高温氧化和耐热腐蚀Al-Cr涂层，一来，Al-Cr涂层的制备成本较大，二来，所制备的Al-Cr涂层与金刚石薄膜的热膨胀系数仍有较大差距，不适合做金刚石薄膜与钛铝合金的中间层。因此，有必要提供一种适用于钛铝合金基体的、且能有效改善钛铝合金基体与金刚石薄膜之间粘附性的新型过渡层。
技术实现思路
鉴于此，本技术提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件和具有金刚石涂层的钛铝合金件，用以解决后续在该复合渗层的基础上制备金刚石涂层时，解决现有金刚石涂层与钛铝合金基体粘附性不足的问题，从而有效改善钛铝合金不耐磨损的问题，还可提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。第一方面，本技术提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、Ti5Si4层、TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。其中，所述复合渗层的热膨胀系数由(9.0-9.5)×10-6/℃逐渐降低至(3.0-4.0)×10-6/℃。其中，所述复合渗层的厚度为20-50μm。其中，所述TiAl2层的厚度为10-20μm。其中，所述掺Ti5Si4层的厚度为4-10μm；所述TiSi2层的厚度为5-15μm。其中，在所述钛铝合金基体和所述TiAl2层之间，所述复合渗层还包括一Ti-Al互扩散层。其中，所述Ti-Al互扩散层的厚度为2-10μm。其中，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述Ti-Al互扩散层中的铝与钛的原子比由1:1逐渐增大为2:1。其中，所述复合渗层的Ti5Si4层和TiSi2层中，还掺杂有稀土元素；所述稀土元素为钇、镧和铈中的一种或多种。本技术第一方面提供的具有复合渗层的钛铝合金件，其通过在硬质合金基体上设置了热膨胀系数逐渐减低至与金刚石薄膜较为接近的复合渗层，便于后续在该复合渗层的基础上制备金刚石涂层时，能有效降低金刚石薄膜中的热应力，提高金刚石涂层与钛铝合金基体之间的粘附性，改善钛铝合金不耐磨损的问题，提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。第二方面，本技术提供了一种具有金刚石涂层的钛铝合金件，其特征在于，包括钛铝合金基体，以及依次设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层和金刚石涂层，其中，所述复合渗层如本技术第一方面所述。本技术第二方面提供的具有金刚石涂层的钛铝合金件，通过在钛铝合金基体上先设置上述复合渗层作为中间过渡层，再设置金刚石涂层，该复合渗层的存在使得钛铝合金上整体涂层的弹性模量和热膨胀系数能在钛铝合金基体与金刚石涂层之间梯度变化，有效降低金刚石薄膜中的热应力，提高金刚石涂层与钛铝合金基体之间的粘附性，改善钛铝合金不耐磨损的问题，提高金刚石涂层在钛铝合金件上的使用寿命。本申请的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本申请实施例的实施而获知。附图说明图1为本申请实施例1中具有复合渗层的钛铝合金件的截面结构示意图。图2为本申请实施例3中具有复合渗层的钛铝合金件的形貌结构的表征结果，(a)为背散射截面形貌，(b)为复合渗层的截面元素分布图，(c)、(d)为复合渗层的各层结构的X射线衍射(XRD)物相分析图；图3为本申请实施例5中具有复合渗层的钛铝合金件的形貌结构的表征结果，(a)为背散射截面形貌，(b)为表面形貌图；图4为针对实施例3所设置的两组对比实验的钛铝合金件的形貌结构的SEM表征结果。图5为针对实施例5所设置的对比实验的钛铝合金件的形貌结构的SEM表征结果。具体实施方式以下所述是本申请实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请实施例的保护范围。具体地，第一方面，本申请提供了一种具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、Ti5Si4层、TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。本申请中，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低至与金刚石涂层的接近。即，复合渗层的最外层—掺稀土元素的TiSi2层与金刚石涂层的热膨胀系数接近。可选地，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数由(9.0-9.5)×10-6/℃逐渐降低至(3.0-4.0)×10-6/℃。进一步优选地，所述复合渗层的热膨胀系数由9.2×10-6/℃逐渐降低至3.5×10-6/℃。其中，所述复合渗层中的Ti5Si4层和TiSi2层中，还掺杂有稀土元素；其中，所述稀土元素为钇(Y)、镧(La)和铈(Ce)中的一种或多种。此时，所述具有复合渗层的钛铝合金件，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、掺稀土元素的Ti5Si4层、掺稀土元素的TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。优选地，所述稀土元素为钇(Y)、镧(La)或铈(Ce)。本申请的所述复合渗层中，硬度和热膨胀系数均呈梯度分布，采用稀土元素Y、La或Ce对TiAl2-Ti5Si4-TiSi2复合渗层进行改性，提高了该复合渗层的致密度和硬度，还增加了其塑性，后期在该复合渗层上于高温条件下制备金刚石涂层时，塑性较大的该复合渗层能较保持较完整的涂层形貌，便于形成致密的金刚石涂层，此外，该复合渗层还能有效缓解金刚石薄膜与钛铝合金基体之间的膨胀系数导致的热应力开裂，有效提高金刚石薄膜与基体之间的粘附性。本申请中，所述复合渗层的厚度为20-50μm。优选为20-45μm。例如可以是22、25、30或35μm。适合的复合渗层厚度，后期在该复合渗层上制备金刚石涂层时，有利于形成良好的中间过渡层，使该涂层的热膨胀系数在钛铝合金基体与金刚石涂层的热膨胀系数之间均匀地梯度变化，从而降低金刚石涂层的切应力峰值，提高金刚石涂层与基体的粘附性。进一步地，所述复合渗层中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、Ti5Si4层、TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，包括钛铝合金基体，以及设置于所述钛铝合金基体上的复合渗层；所述复合渗层包括依次层叠设置的TiAl2层、Ti5Si4层、TiSi2层，沿厚度方向由所述钛铝合金基体向所述复合渗层，所述复合渗层的热膨胀系数逐渐降低。2.如权利要求1所述的具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，所述复合渗层的热膨胀系数由(9.0-9.5)×10-6/℃逐渐降低至(3.0-4.0)×10-6/℃。3.如权利要求1所述的具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，所述复合渗层的厚度为20-50μm。4.如权利要求1所述的具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，所述TiAl2层的厚度为10-20μm。5.如权利要求1所述的具有复合渗层的钛铝合金件，其特征在于，所述掺Ti5Si4层的厚度为4-10μm；所述TiSi2层的厚度为5-15μm。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，黄磊，王陶，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44