钛合金防钛火涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金防钛火涂层及其制备方法，所述钛合金防钛火涂层包括由球形金属粉末形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述球形金属粉末为包含Cr、Al、Y、V、Zr的氧化物中的至少一种的Ni基金属粉末，所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的至少一种。采用激光熔覆工艺进行制备，确保涂层的阻燃性能、加工性能和高温摩擦磨损性能。和高温摩擦磨损性能。和高温摩擦磨损性能。

【技术实现步骤摘要】
钛合金防钛火涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钛合金的
，尤其是涉及一种钛合金防钛火涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有良好的比刚度、比强度以及较高的耐热性能，是高性能发动机减轻结构重量、提高推重比不可或缺的关键材料，因而在现代航空发动机风扇、压气机及其它构件中得到了广泛应用。但是，钛合金导热系数低、氧化生成热和燃烧热焓高，容易着火燃烧，一旦发生钛火，在几秒内烧毁发动机，瞬间造成机毁人亡的惨剧。
[0003]防钛火涂层就是采用先进的制备工艺在钛合金零部件表面，尤其是易发生摩擦的表面，制备一层难以燃烧的材料，防止转、静子钛合金零件直接碰磨，防止正常碰磨热量积累和传导到基体上，从而起到延缓和阻止燃烧的作用，因此也被称为阻燃层。阻燃层材料包括含Cr、Al、Mo等元素的Ni基合金涂层、CuAl、陶瓷（ZrO2·
8Ｙ2O3）。
[0004]现有的防钛火涂层一般是利用等离子喷涂和热喷涂的方式制备，存在着抗冲击性能差、与基体结合弱、显著降低基体疲劳性能等种种缺点，不能满足当前的需求，因此需要发展具有更高性能的防钛火涂层及制备技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钛合金防钛火涂层及其制备方法，利用激光熔覆技术实现材料制备和成形。
[0006]第一，本专利技术提供一种钛合金防钛火涂层，其特征在于：包括由球形金属粉末形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述球形金属粉末为包含Cr、Al、Y、V、Zr的氧化物中的至少一种的Ni基金属粉末，所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的至少一种。
[0007]进一步优选的，所述球形金属粉末和所述不规则异形高熔点金属颗粒的质量比为（80~90）：（10~20）。
[0008]进一步优选的，所述不规则异形高熔点金属颗粒的尺寸为10
‑
100目。
[0009]进一步优选的，所述球形金属粉末中，Ni、Cr、Al、Y、V、Zr的摩尔比为Ni：50%~80%、Cr：1%~20%、Al：1%~20%、Y：1%~20%、V：1%~20%、Zr:1%~20%。
[0010]进一步优选的，所述不规则异形高熔点金属颗粒中，W、Mo、Ta、Nb的摩尔比为W：2%~35%、Mo：2%~35%、Ta：2%~35%、Nb：2%~35%。
[0011]第二，本专利技术还提供了上述技术方案所述的钛合金防钛火涂层的制备方法，包括以下步骤：1）准备球形金属粉末前体和不规则异形高熔点金属颗粒并混合，得到混合均匀的粉末；2）将所述混合均匀的粉末与溶剂混合研磨后得到粉末涂料，在基材表面涂覆所述
粉末涂料后烘干；3）控制成型仓的氧含量为40
‑
200ppm；4）激光熔覆制备所述钛合金防钛火涂层。
[0012]进一步优选的，准备所述球形金属粉末，具体为，采用气雾化制粉法制备由Ni金属粉和Cr、Al、Y、V、Zr金属粉中的至少一种混合而成的金属粉末。
[0013]进一步优选的，准备所述不规则异形高熔点金属颗粒，具体为，将W、Mo、Ta、Nb金属块放入球磨罐中，使整个球磨过程在无氧环境下进行，先使用250转/分钟预混30min，再使用600转/分钟进行高能球磨10h；高能球磨时，对罐体进行风冷，同时，每球磨2.5h，暂停15min，球磨完成后过筛获得所述不规则异形高熔点金属颗粒。
[0014]进一步优选的，所述激光熔覆的工艺参数为，激光功率为1000~3000W，扫描速度为200~300mm/min，光班直径为1~3mm、离焦量为1~10mm、保护气体采用氩气，气体流量为5~8L/min；熔覆区域尺寸为（10~100mm）
×
（10~100mm）。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：首先，本专利技术开发了一种特定组成的钛合金防钛火涂层。涂层材料选择添加W、Mo、Ta、Nb等高熔点金属粗颗粒的不规则异形颗粒散布于Cr、Al、Y、V、Zr等球形粉末的Ni基合金粉末形成的基体中，其中Cr、Al、Y、V、Zr等球形粉末的作用首先是在激光成型时在涂层中形成微量的氧化物以起到弥散强化、稳定涂层和防止烧蚀的作用，同时在使用中发生表面烧蚀时形成相对应的氧化物阻燃层，V、Cr等元素能使燃烧前沿快速形成一层致密保护性氧化膜，从而阻止钛合金发生持续燃烧，而W、Mo、Ta、Nb等高熔点金属粗颗粒的不规则异形颗粒则是钉扎在基体与阻燃层之间，提高耐气流冲刷性能、抗热震性能，防止涂层剥落，此外，由于其不规则、高熔点的特点，在涂层被部分烧蚀后仍能起到抗烧蚀的作用，其本身就是阻燃物，阻止钛合金发生持续燃烧。
[0016]第二，提出的钛合金防钛火涂层是激光熔覆专用制造，其适用于激光熔覆的高热输入、极高的冷却速率、小熔池的特点，克服了传统制备技术热输入不足，难以得到致密组织，且激光熔覆小熔池以及高冷却速率的特点也降低了元素的偏析，使得合金元素分配均匀。整个制备过程对气氛环境的要求比较严格。这种制备方式一方面保证了制备的高自由度、低成本、低周期以及便捷性，同时，确保了涂层内杂质含量很低，确保涂层的阻燃性能、加工性能和高温摩擦磨损性能。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的钛合金防钛火涂层的结构示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例的钛合金防钛火涂层的金相照片。
具体实施方式
[0019]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0020]在本专利技术制备工艺流程中，先对所述基材（基材可选用TC11、TC4、TC17、Ti60等钛合金）进行处理再涂覆粉末涂料，将基材表面进行打磨、除锈除油污、清洗和干燥，使基材表面清洁平整且具有一定合适的粗糙度。所述打磨采用砂纸打磨，分别用60～10000目的砂纸将基体打磨平整；除油污采用丙酮洗去油污；清洗采用酒精清洗；干燥为吹干；粉末涂料包
括：混合粉体和溶剂，溶剂选用无水乙醇。混合粉体包括两部分：W、Mo、Ta、Nb等高熔点金属粗颗粒的不规则异形粉末和Ni、Cr、Al、Y、V、Zr等球形粉末。
[0021]不规则异形粉末制备过程为将W、Mo、Ta、Nb等金属碎屑（金属小块）放入球磨罐中，加入尺寸不等的440C耐磨钢球，充入氩气并密封罐体，使整个球磨过程在无氧环境下进行，避免球磨时产生的新鲜表面被快速氧化。使高能球磨机，先使用250转/分钟预混30min，确保合金粉末混合均匀，再使用600转/分钟进行高能球磨10h。高能球磨时，对罐体进行风冷，同时，每球磨2.5h，暂停15min，以防止粉体过热，影响细化晶粒。球磨完成后，将球磨粉用10、100目筛网筛分获得10
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100目的不规则异形粉末，以保证热机械固结的冶金质量，不规则异形高熔点金属颗粒的尺寸最终为10
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100目，颗粒不能太小，不利于钉扎，也不能太大而不利于分散和成型，W、Mo、Ta、Nb的摩尔比为W：2%~35%、Mo：2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金防钛火涂层，其特征在于：包括由球形金属粉末形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述球形金属粉末为包含Cr、Al、Y、V、Zr的氧化物中的至少一种的Ni基金属粉末，所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的至少一种。2.根据权利要求1所述的钛合金防钛火涂层，其特征在于：所述球形金属粉末和所述不规则异形高熔点金属颗粒的质量比为（80~90）：（10~20）。3.根据权利要求1所述的钛合金防钛火涂层，其特征在于：所述不规则异形高熔点金属颗粒的尺寸为10
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100目。4.根据权利要求1所述的钛合金防钛火涂层，其特征在于：所述球形金属粉末中，Ni、Cr、Al、Y、V、Zr的摩尔比为Ni：50%~80%、Cr：1%~20%、Al：1%~20%、Y：1%~20%、V：1%~20%、Zr:1%~20%。5.根据权利要求1所述的钛合金防钛火涂层，其特征在于：所述不规则异形高熔点金属颗粒中，W、Mo、Ta、Nb的摩尔比为W：2%~35%、Mo：2%~35%、Ta：2%~35%、Nb：2%~35%。6.一种权利要求1
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5任意一项所述的钛合金防钛火涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）准备球形金属粉末和不规则异形高熔点金属颗粒并...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClC二三C二四一零，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：