TiAl合金基体表面涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAl合金基体表面涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域，该方法包括：对TiAl合金基体材料进行清洁处理；将清洁处理后的TiAl合金基体材料置于复合电解液中，进行微弧氧化，得到覆盖于所述TiAl合金基体材料表面的涂层，其中，所述复合电解液包括硅酸盐溶液和强碱溶液。本发明专利技术通过微弧氧化技术制备TiAl合金基体表面涂层，实现了提高TiAl合金基体耐磨、减摩性能的技术效果。减摩性能的技术效果。减摩性能的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
TiAl合金基体表面涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及表面处理
，尤其涉及一种TiAl合金基体表面涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]γ
‑
TiAl金属间化合物(以下称TiAl合金)具有高的比强度、比模量，良好的抗髙温疲劳、抗蠕变和抗氧化腐蚀等性能，是航空航天、先进舰船、军用战机等发动机领域极具竞争力的尖端战略结构材料。
[0003]TiAl合金制造的发动机气门不但能减轻质量、延长使用寿命，而且可降低油耗并提高发动机可靠性。然而，气缸盖气门孔/气门的运动摩擦部件工作环境异常恶劣，长期处于高温、高压环境，同时受到高频交变冲击载荷的作用，TiAl合金仍存在硬度较低、耐磨性差、抗高温氧化性不足等缺陷，从而致使TiAl合金零件在冲击磨损和高温摩擦条件下的应用受到一定限制。因此，需要提高TiAl合金的耐磨、减摩性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种TiAl合金基体表面涂层及其制备方法，旨在解决TiAl合金的耐磨、减摩性能较差，制备的零件在冲击磨损和高温摩擦条件下应用受限的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种TiAl合金基体表面涂层的制备方法，该方法包括：
[0006]对TiAl合金基体材料进行清洁处理；
[0007]将清洁处理后的TiAl合金基体材料置于复合电解液中，进行微弧氧化，得到覆盖于所述TiAl合金基体材料表面的涂层，其中，所述复合电解液包括硅酸盐溶液和强碱溶液。
[0008]可选地，所述TiAl合金基体材料为含锰β凝固γ
‑
TiAl合金，以原子百分比计，包括42.0
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44.0％的Al、2.0
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4.0％的Mn、0.5
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1.0％的Mo、0.08
‑
0.3％的B、0.1
‑
0.3％的C，余量为Ti。
[0009]可选地，所述复合电解液中，硅酸盐溶液的浓度为15
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25g/L，强碱溶液的浓度为1
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2g/L。
[0010]可选地，所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液或硅酸钠溶液。
[0011]可选地，所述强碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
[0012]可选地，所述对TiAl合金基体材料进行清洁处理的步骤包括：
[0013]用水磨砂纸将所述TiAl合金基体材料的表面打磨至800目；
[0014]将打磨后的TiAl合金基体材料分别置于丙酮和蒸馏水中各超声清洗10分钟。
[0015]可选地，微弧氧化采用直流脉冲电源恒压模式，电压350
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450V，频率400
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600Hz，处理时间10
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15分钟。
[0016]可选地，所述涂层的厚度为5
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20μm。
[0017]可选地，所述涂层的显微硬度高于600HV。
[0018]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种TiAl合金基体表面涂层，采用如上文所述的TiAl合金基体表面涂层的制备方法制备得到。
[0019]本专利技术提供的TiAl合金基体表面涂层及其制备方法，先对TiAl合金基体材料进行清洁处理；将清洁处理后的TiAl合金基体材料置于复合电解液中，进行微弧氧化，得到覆盖于所述TiAl合金基体材料表面的涂层，其中，所述复合电解液包括硅酸盐溶液和强碱溶液。采用微弧氧化工艺在TiAl合金基体的表面形成结合力强的致密涂层，不仅使基体中的Al粒子在微弧放电微区中参与成膜过程，提高膜层中Al的含量，而且电解液中的Si元素也参与成膜，使涂层中包含硅氧化物，对涂层的结构和耐磨、减摩性能进行改善，提高合金基体的高温氧化性能，满足气门零件的耐磨性、服役寿命等关键指标。
附图说明
[0020]图1为本专利技术TiAl合金基体表面涂层的制备方法一实施例的流程示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制备的TiAl合金基体表面涂层的形貌图。
[0022]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]动力系统是车辆装备的核心系统，其重要性不言而喻。实现动力系统关键往复运动热端零部件的轻量化设计与制造，是提升车辆装备功率密度等关键性能的重要途径。近年，随着动力系统性能的不断提升，其关键热端部件(如高温排气门)工况温度已提升至700℃以上，对服役材料高温强度、耐磨性提出了极为严苛的要求，也给部件轻量化带来了极大难度。传统的合金钢、镍基高温合金等材料制备的气阀，因比重高、高温强度和耐磨性不足等问题，在不断发展的高功率密度动力系统更严苛的应用工况下，面临较大的考验。
[0025]γ
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TiAl金属间化合物(以下称TiAl合金)具有高的比强度、比模量，良好的抗髙温疲劳、抗蠕变和抗氧化腐蚀等性能，是航空航天、先进舰船、军用战机等发动机领域极具竞争力的尖端战略结构材料。近二十年来，世界许多国家都把TiAl合金的制备和应用当作本国未来结构材料的重要发展计划。如美国新一代航天飞机(X
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30)已将TiAl合金作为发动机部件、支架和蒙皮的候选材料；我国也将TiAl合金的研究列入国家863、973高技术材料发展计划。因其密度仅约为镍基高温合金、合金结构钢的一半，高温强度与镍基高温合金相当且高温耐磨性甚至更为优异。因此，将TiAl合金用于我国新一代高功率密度动力系统的关键热端部件(如高温排气门)，可实现理想的减重效果，显著提高动力系统燃烧效率，极大地促进我国车辆装备的升级与发展。
[0026]实践证明，TiAl合金制造的发动机气门不但能减轻质量、延长使用寿命，而且可降低油耗并提高发动机可靠性。然而，气缸盖气门孔/气门的运动摩擦部件工作环境异常恶劣，长期处于高温、高压环境，同时受到高频交变冲击载荷的作用，TiAl合金仍存在硬度较低、耐磨性差、抗高温氧化性不足等缺陷，从而致使TiAl合金零件在冲击磨损和高温摩擦条件下的应用受到一定限制。因此，需要提高TiAl合金的耐磨、减摩性能。
[0027]目前，用于钛合金表面耐磨增强的技术手段可以分为以下两类：第一类为表面改
性或强化技术，如渗碳，细分为气体渗碳、激光渗碳和等离子渗碳、微弧氧化等；第二类为表面涂层技术，如喷涂、气相沉积等。
[0028]利用渗碳处理工艺在钛合金表面形成渗碳层，可明显提高钛合金表层硬度和摩擦磨损性能(以TiC硬质相为主要耐磨组分)。当前钛合金表面常用的渗碳处理技术主要有气体渗碳、激光渗碳和等离子渗碳等。其中，钛合金气体渗碳主要以CO、甲烷作为碳源，通过气固相界面传输，使活性碳原子扩散到钛合金的表层及次表层，并形成TiC层，是相对经济的渗碳方式。然而，气体渗碳时钛合金完全暴露在大气中，由于氧与钛的亲和力较高容易形成致密的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金基体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述TiAl合金基体表面涂层的制备方法包括以下步骤：对TiAl合金基体材料进行清洁处理；将清洁处理后的TiAl合金基体材料置于复合电解液中，进行微弧氧化，得到覆盖于所述TiAl合金基体材料表面的涂层，其中，所述复合电解液包括硅酸盐溶液和强碱溶液。2.如权利要求1所述的TiAl合金基体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述TiAl合金基体材料为含锰β凝固γ
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TiAl合金，以原子百分比计，包括42.0
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44.0％的Al、2.0
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4.0％的Mn、0.5
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1.0％的Mo、0.08
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0.3％的B、0.1
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0.3％的C，余量为Ti。3.如权利要求1所述的TiAl合金基体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述复合电解液中，硅酸盐溶液的浓度为15
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25g/L，强碱溶液的浓度为1
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2g/L。4.如权利要求3所述的TiAl合金基体表面涂层的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐溶液为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小兵，陈波，刘奎，舒磊，张孟殊，潜坤，薛鹏，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：