一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法，该制备方法包括：对钛合金基体进行打磨，再进行抛光处理，超声清洗；将超声清洗后的钛合金基体在鼓风干燥箱中进行烘干处理；将基体置于磁控溅射仪的样品台上，在靶基座上装上Cr靶，采用直流溅射方式在钛合金表面镀覆Cr金属层；将钛合金基板取出，在表面均匀铺覆一层铝箔；将制备的钛合金基板置于真空炉中，在高温下保温使其完全熔融，均匀涂覆在钛合金基板表面；将钛合金基板在空气中进行氧化处理，得到致密的Cr2O3/Al2O3涂层。本发明专利技术能够提高钛合金基体的抗氧化性能。本发明专利技术能够提高钛合金基体的抗氧化性能。本发明专利技术能够提高钛合金基体的抗氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料表面改性
，具体涉及一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金比强度高、密度小，是航空航天和汽车船舶领域的新型高温结构材料。然而钛合金耐高温氧化性差、在超过650℃的高温下抗氧化能力急剧下降等缺陷，使得其应用受到限制，不能满足航空发动机和燃气轮机等热端部件的工作要求。
[0003]Al
‑
Cr涂层因其"智能型"的独特设计成为研究热点，可以利用Al、Cr元素高温氧化后得到的Al2O3和Cr2O3致密保护膜阻止进一步氧化。目前，Al
‑
Cr涂层的制备主要包括粉末包埋、电弧离子镀、离子液体镀、PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)等工艺。然而，通过这些工艺制备的涂层普遍存在价格昂贵、不适合大件或形状复杂的零部件、涂层不均匀、涂层剥落的问题。
[0004]采用磁控溅射工艺与涂覆熔渗相结合的方式制备梯度防氧化涂层，经氧化后可以获得表面平整、致密的Cr2O3/Al2O3膜层，改善了上述工艺制备膜层的表面粗糙、不均匀、厚度薄等问题，且制备工艺简单、成本低廉，更有利实际应用和大规模生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法。该方法以钛合金作为基板，利用Cr作为靶材，先通过磁控溅射法在钛合金表面溅射镀覆Cr金属层，再在其表面铺覆一层铝箔，并通过高温热处理使铝箔熔融后均匀涂覆在表面形成Al层，最后在高温下氧化后得到Cr2O3/Al2O3涂层，从而提高钛合金基体的抗氧化性能。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，对钛合金基体进行打磨，再进行抛光处理；
[0009]步骤2，将经步骤1得到的钛合金基体依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗；
[0010]步骤3，将经步骤2得到的钛合金基体在鼓风干燥箱中进行烘干处理；
[0011]步骤4，将经步骤3得到的基体置于磁控溅射仪的样品台上，在靶基座上装上Cr靶，采用直流溅射方式在钛合金表面镀覆Cr金属层；
[0012]步骤5，将经步骤4制备的钛合金基板取出，在表面均匀铺覆一层铝箔；
[0013]步骤6，将经步骤5制备的钛合金基板置于真空炉中，在高温下保温使其完全熔融，均匀涂覆在钛合金基板表面；
[0014]步骤7，将步骤6中得到的钛合金基板在空气中进行氧化处理，得到致密的Cr2O3/Al2O3涂层。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤1中依次进行500#，1000#，1500#，2000#砂纸打磨，
并用研磨膏进行抛光处理。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，步骤2中，超声清洗时间为10～30min。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤3中，钛合金基板在鼓风干燥箱中的烘干温度为60～80℃，烘干时间为60～120min。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤4中，Cr靶材的纯度为99.95％，本底真空度约为3
×
10
‑4Pa，沉积温度为300～400℃，腔体气压为10
‑3～10
‑2Pa，偏压为100～300V，氩气流量为20～30mL/min，持续溅射时间为60～180min得到Cr镀层。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤5中，铺覆的铝箔的厚度为10～100μm。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步骤6，高温热处理的温度为800～1000℃，保温时间为2～4h。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤7，在空气中氧化的温度为300～500℃，时间为1～2h，得到致密的Cr2O3/Al2O3涂层。
[0022]一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层，采用所述的制备方法制备得到。
[0023]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0024]1.本专利技术提供一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法。通过磁控溅射Cr层和铺覆Al箔的方式制备梯度涂层，经高温熔融和氧化后所得的涂层更加致密、与基板结合力强，涂层的梯度特征更加明显。
[0025]2.本专利技术提供一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，采用磁控溅射工艺与涂覆熔渗相结合的方式制备梯度防氧化涂层，可以获得表面平整、致密的膜层，改善了多弧离子镀制备膜层的表面粗糙、不均匀、厚度薄的问题；
[0026]3.本专利技术制备得到的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层，充分利用Cr和Al活泼的化学性质和氧化生成的致密保护层来提高钛合金的抗氧化性，与单层Cr2O3涂层相比，Cr2O3/Al2O3梯度涂层的氧化增重降低了近2倍，说明其高温抗氧化性能大大提高。
附图说明
[0027]图1是本专利技术制备的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的XRD图；
[0028]图2是本专利技术制备的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层表面的SEM图；
[0029]图3是本专利技术制备的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层横截面的SEM图
[0030]图4是本专利技术制备的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层在800℃的氧化增重图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明，
[0032]本专利技术涉及一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层及其制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0033]步骤1，对钛合金基体依次利用500#，1000#，1500#，2000#砂纸进行机械打磨，并用研磨膏进行抛光处理；
[0034]步骤2，将经步骤1得到的钛合金基体依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗，超声清洗时间为10～30min；
[0035]步骤3，将经步骤2得到的钛合金基体在鼓风干燥箱中进行烘干处理，钛合金基板
在鼓风干燥箱中的烘干温度为60～80℃，烘干时间为60～120min；
[0036]步骤4，将经步骤3得到的基体置于磁控溅射仪的样品台上，在靶基座上装上Cr靶，采用直流溅射方式在钛合金表面镀覆Cr金属层，Cr靶材的纯度为99.95％，本底真空度约为3
×
10
‑4Pa，沉积温度为300～400℃，腔体气压为10
‑3～10
‑2Pa，偏压为100～300V，氩气流量为20～30mL/min，持续溅射时间为60～180min得到Cr镀层；
[0037]步骤5，将经步骤4制备的钛合金基板取出，在表面均匀铺覆一层铝箔，铺覆的铝箔的厚度为10～100μm；
[0038]步骤6，将经步骤5制备的钛合金基板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对钛合金基体进行打磨，再进行抛光处理；步骤2，将经步骤1得到的钛合金基体依次使用无水乙醇和去离子水进行超声清洗；步骤3，将经步骤2得到的钛合金基体在鼓风干燥箱中进行烘干处理；步骤4，将经步骤3得到的基体置于磁控溅射仪的样品台上，在靶基座上装上Cr靶，采用直流溅射方式在钛合金表面镀覆Cr金属层；步骤5，将经步骤4制备的钛合金基板取出，在表面均匀铺覆一层铝箔；步骤6，将经步骤5制备的钛合金基板置于真空炉中，在高温下保温使其完全熔融，均匀涂覆在钛合金基板表面；步骤7，将步骤6中得到的钛合金基板在空气中进行氧化处理，得到致密的Cr2O3/Al2O3涂层。2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中依次进行500#，1000#，1500#，2000#砂纸打磨，并用研磨膏进行抛光处理。3.根据权利要求1所述的一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，超声清洗时间为10～30min。4.根据权利要求1所述的一种用于钛合金的Cr2O3/Al2O3梯度抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，钛合金基板在鼓风...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨哲一，崔锦文，王弘喆，崔雄华，张磊，曹海涛，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：