一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si；所述表层的成分为25NiCrTa‑75Cr

【技术实现步骤摘要】
一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法本申请是针对申请号为201811341016.3、专利技术名称为“复合涂层及其制备方法、钛合金表面处理方法和应用”的分案申请。
本专利技术涉及钛合金表面处理应用领域，尤其涉及一种适用于钛合金的高性能复合涂层及其制备方法。
技术介绍
钛合金对燃烧环境敏感，在高温下氧化生产的氧化物密度低、氧化膜不致密，起不到保护基体的作用；燃烧释放热远大于热散失速度，从而使金属温度升高，加速燃烧。这使得其用作航空航天以及兵器等装备动力系统中热端部件时，在高温、高压或剧烈冲击下易起火燃烧，俗称“钛火”，从而导致热端部件燃烧、烧熔、烧穿，引起装备失效，甚至安全事故。作为热端部件使用的钛合金，要承受高温、高速燃气冲刷，需主要解决钛合金的阻燃和抗冲刷烧蚀问题。目前，涂层技术因防护效果好、成本低，已成为钛合金热端部件应用的主要技术。应用涂层技术为实现钛合金阻燃、抗冲刷烧蚀，设计和制备的涂层需满足：自身阻燃且能隔绝燃气；抗燃气冲刷、与基体热膨胀系数差别小；与基体结合强度高，结合紧密。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种适用于钛合金的高性能复合涂层，该高性能复合涂层能有效改善钛合金的阻燃和烧蚀特性。本专利技术的另一目的在于提供上述高性能复合涂层的制备方法。本专利技术的目的，通过以下技术方案实现：一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂，优选地通过将Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒制备得到；所述表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC，25NiCrTa-75Cr3C2是指Ta与NiCr-Cr3C2混合或者掺杂，14CoCrTa-86WC是指Ta与CoCr-WC混合或者掺杂，优选地通过将Ta粉加入NiCr-Cr3C2或CoCr-WC中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备得到；所述中间层中Si的添加量占NiCrAlY的质量分数为5-10%；当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.5-1）:1:1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.5-1）:1:1。进一步优选的，当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.6-1）:1:1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.6-1）:1:1。进一步的，所述基底层的厚度为110-190μm；所述中间层的厚度为210-290μm；所述表层的厚度为110-290μm。再更进一步的，所述基底层的厚度为120-180μm；所述中间层的厚度为220-280μm；所述表层的厚度为120-280μm。本专利技术还提供了上述适用于钛合金的高性能复合涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）采用有机溶剂对钛合金表面进行清洗，表干后喷砂，喷砂采用粒径为60-100目的金刚砂，喷砂压力为0.2-0.3MPa；（2）将NiCrAlY喷涂粉、NiCrAlY/Si喷涂粉以及25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉或14CoCrTa-86WC喷涂粉分别独立地干燥，干燥温度为60-120℃，干燥时间为0.5-1.5h；（3）向处理后的钛合金表面喷涂干燥后的NiCrAlY喷涂粉作为基底层，喷涂时喷枪喷涂距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次；向基底层表面喷涂干燥后的NiCrAlY/Si喷涂粉作为中间层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为130~180mm/s，功率为25~35kW，扫描间距为2~6mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为2-3次；向中间层表面喷涂干燥后的25NiCrTa-75Cr3C2喷涂粉作为表层，或者向中间层表面喷涂干燥后的14CoCrTa-86WC喷涂粉作为表层，喷涂时喷枪距离为100~130mm，扫描速度为100~150mm/s，功率为30~40kW，扫描间距为4~10mm，载气压力为0.3~0.5MPa，喷涂道次为1-3次，得到高性能复合涂层。进一步优选的，在钛合金表面喷涂完高性能复合涂层后，对涂层表面进行磨削；优选地，采用金刚石磨头进行磨削；进一步优选地，磨削转速为1500-2000r/min，磨削量为50-100μm。本专利技术具有如下的有益效果：（1）本专利技术提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其基底层的膨胀系数较低且与基体接近，喷涂后与基体结合强度高，且可形成较厚的致密涂层，阻燃效果好；中间层是在基底层和表层之间的过渡层，在高温氧化后能形成玻璃态物质对孔隙缝隙进行密封，阻止高温气体，特别是氧与底层接触，从而进一步提高阻燃性能；表层具有多孔致密结构，在热膨胀时有变形的空间，通过利用孔隙调整确保变形过程不开裂，同时该表层还具备抗冲刷颗粒的能力，提高表面抗烧蚀性能；通过特定成分的基底层、中间层和表层协同配合，使得所述高性能复合涂层具有良好的阻止钛火燃烧和抗高温火焰烧蚀的性能，能够有效改善钛合金热端部件的阻燃和烧蚀特性，提高钛合金热端部件使用的可靠性和安全性。（2）本专利技术中的制备方法，易于操作控制，且保证了喷涂效果优良。附图说明图1为本专利技术实施例中所述的适用于钛合金的高性能复合涂层的结构示意图，其中，附图标记分别表示：10-钛合金表面、20-基底层、30-中间层、40-表层；图2为本专利技术实施例11中在钛合金表面制备了所述适用于钛合金的高性能复合涂层后的截面图；图3为本专利技术实施例11中所述适用于钛合金的高性能复合涂层的表面形貌。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种适用于钛合金的高性能复合涂层，具体如图1所示。该高性能复合涂层包括基底层20、中间层30和表层40，基底层20设置在钛合金表面10上，表层40设置于基底层20远离钛合金表面10的一侧，中间层30位于基底层20和表层40之间；其中，基底的成分为NiCrAlY，中间层的成分为NiCrAlY/Si，表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC。具体的，基底层中NiCrAlY合金具有良好的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，其热膨胀系数较低且与基体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂，优选地通过将Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒制备得到；所述表层的成分为25NiCrTa-75Cr

【技术特征摘要】
1.一种适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：包括基底层、中间层和表层，所述基底层设置在钛合金表面上，所述表层设置于所述基底层远离钛合金表面的一侧，所述中间层位于所述基底层和表层之间；所述基底层的成分为NiCrAlY；所述中间层的成分为NiCrAlY/Si，NiCrAlY/Si是指Si与NiCrAlY混合或者掺杂，优选地通过将Si加入NiCrAlY粉末中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒制备得到；所述表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2或14CoCrTa-86WC，25NiCrTa-75Cr3C2是指Ta与NiCr-Cr3C2混合或者掺杂，14CoCrTa-86WC是指Ta与CoCr-WC混合或者掺杂，优选地通过将Ta粉加入NiCr-Cr3C2或CoCr-WC中，通过球磨进行混合，再采用雾化造粒的方法制备得到；所述中间层中Si的添加量占NiCrAlY的质量分数为5-10%；当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.5-1）:1:1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.5-1）:1:1。


2.如权利要求1所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：当表层的成分为25NiCrTa-75Cr3C2时，Ta与Ni、Cr的质量比为（0.6-1）:1:1，或者当表层的成分为14CoCrTa-86WC时，Ta与Co、Cr的质量比为（0.6-1）:1:1。


3.如权利要求1或2所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：所述基底层的厚度为110-190μm；所述中间层的厚度为210-290μm；所述表层的厚度为110-290μm。


4.如权利要求1或2所述适用于钛合金的高性能复合涂层，其特征在于：所述基底层的厚度为120-180...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，陈汉宾，李忠盛，赵子鹏，宋凯强，张隆平，易同斌，杨九州，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50