【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机外壳涂层及制法，具体为一种钛铝铌合金表面复合涂层及其制法和航空发动机外壳。
技术介绍
1、ti2alnb合金是在ti-al合金中发展出来的，通过在ti3al合金中加入β稳定元素nb，形成一种特殊o相的新材料——ti2alnb合金。nb元素的添加，提高钛铝合金高温抗氧化性能和抗蠕变性能。ti2alnb合金密度较低，相比于铁基和镍基合金，钛铝铌合金在不影响高温性能的条件下密度降低40％，它被看作航空航天发动机的材料的最优选择之一。ti2alnb合金既可以在600～750℃温度范围内长期服役，也能够在1000℃以上短期使用，同时由于它轻质的特点，有利于减轻各类航空航天飞行器的重量，在保证飞行器使用安全、使之正常服役的情况下，节省成本，提高燃耗。在高温环境下，ti2alnb合金通过表面生成al2o3保护膜起到一定的抗高温氧化作用，然而随着温度升高至750℃以上时，合金表面抗高温氧化能力明显降低，同时在该服役条件下会对粘着磨损和微动磨损非常敏感，其摩擦学性能也明显降低，致使ti2alnb合金服役寿命急剧下降甚至失效，所以在一定程度上限制了其应用发展。为了提高合金高温抗氧化性和耐磨损性能，往往采用合金化方法，加入c、ta、w、mo等元素。但是对于相对成熟的ti2alnb合金来说，合金元素的大量加入则会影响到材料塑性、强度和疲劳性能等。
2、申请号为201811456032.7的中国专利公开了一种提高ti-45al-8.5nb合金高温抗氧化性的方法，在钛铝铌合金表面通过双层辉光离子渗金属技术渗金属cr，但是
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种抗高温氧化好、耐磨性好、结合力强的钛铝铌合金表面复合涂层，本专利技术的另一目的是提供一种方便可控的钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，本专利技术的再一目的是提供一种高温使用寿命长的航空发动机外壳。
2、技术方案：本专利技术所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，依次包括第一扩散层、tazr中间层、第二扩散层和zrb2表面涂层；第一扩散层与ti2alnb基体相连，第一扩散层包括含量梯度变化的ta、zr、ti、al、nb；tazr中间层包括以下质量百分数的元素：ta：70～80wt％，zr：20～30wt％；第二扩散层包括含量梯度变化的ta、zr、b；zrb2表面涂层包括以下质量百分数的元素：zr：80～90wt％，b：10～20wt％。
3、进一步地，第一扩散层中ta、zr的含量在tazr中间层向ti2alnb基体的方向上逐渐降低，ti、al、nb的含量在tazr中间层向ti2alnb基体的方向上逐渐增加。
4、进一步地，第二扩散层中ta的含量在zrb2表面涂层向tazr中间层的方向上逐渐增加，zr的含量在zrb2表面涂层向tazr中间层的方向上先逐渐降低后逐渐增加，b的含量在zrb2表面涂层向tazr中间层的方向上逐渐降低。
5、进一步地，ti2alnb基体、第一扩散层、tazr中间层、第二扩散层和zrb2表面涂层互相冶金结合。
6、优选地，tazr中间层包括以下质量百分数的元素：ta：70～80wt％，zr：20～30wt％。zrb2表面涂层包括以下质量百分数的元素：zr：86wt％，b：14wt％。
7、由于熔覆后涂层晶粒的大小与激光熔覆速率有关，即速率越大，晶粒越小。tazr中间层形成超细晶组织，为后续制备zrb2涂层提供扩散通道。tazr中间层能够解决zrb2陶瓷涂层与钛铝铌基体之间力学性能、热力学性能不匹配的问题。tazr中间层的热膨胀系数在zrb2陶瓷涂层与钛铝铌基体之间，形成梯度变化，能够有效减小陶瓷涂层与金属基体之间的应力，中间层也起到连接基体和涂层的作用。
8、本专利技术所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
9、步骤一，将ti2alnb基体抛光，清洗；
10、步骤二，在步骤一处理后的ti2alnb基体表面，通过激光熔覆法制备第一扩散层和tazr中间层，冷却后磨削、抛光；
11、步骤三，在步骤二所得物表面通过双辉光等离子表面冶金法制备第二扩散层和zrb2表面涂层。
12、进一步地，步骤一中，抛光为通过砂纸抛光至1200#～1400#，清洗使用酒精。
13、优选地，清洗使用沾有95％的酒精的无尘布擦拭ti2alnb基体表面。
14、进一步地，步骤二中，激光熔覆法的激光频率为1000～1500w，激光光斑直径0.5～5mm，熔覆速率20～50m/min。
15、优选地，激光熔覆法的激光频率为1400w，激光光斑直径1mm，熔覆速率30m/min。
16、进一步地，激光熔覆法包括以下步骤：
17、a、将ti2alnb基体放在熔覆工位平台，将激光熔覆粉末置于基体表面；
18、b、打开保护气，调整激光焦点位置位于ti2alnb基体表面，运行程序，完成tazr中间层的制备。
19、进一步地，激光熔覆粉末为质量比为3：1的ta、zr金属粉末，保护气为氩气。
20、进一步地，步骤三中，双辉光等离子表面冶金法的工作气压为25～35pa，源极电压为900v～950v，工件电压为450v～550v，保温时间为3h～4h，极间距为15mm～18mm。
21、优选地，双辉光等离子表面冶金法的工作气压为35pa，源极电压为950v，工件电压为450vv，保温时间为4h，极间距为18mm。双辉光等离子表面冶金法使用zr-b混合栅靶作为源极。
22、进一步地，双辉光等离子表面冶金法具体包括以下步骤：
23、a、将取出的试样和zr-b混合栅靶材放入双辉等离子冶金炉中，试样合金为工件极，zr-b混合栅靶为源极，调整两极间距为15mm～18mm；
24、b、通电，打开机械泵，并打开抽气阀，将炉内气压抽至0.1pa以下，关闭抽气阀；、c、打开氩气瓶和进气阀，向炉中通入氩气，直到炉内气压达到200pa，停止通氩气，关闭进气阀，打开机械泵重复抽气和进气步骤，如此往复洗气两次；
25、d、洗气完成后，通入氩气至25～35pa，然后通过调整氩气进气速率和机械泵抽气速率使气压保持在25～35pa，打开循环水；
26、e、打开工件极电源，利用空心阴极效应起辉，辉光稳定后，逐步将源极电压调为600v，工件极电压调为300v，对试样进行0.5h的低温轰击，去除试样表面氧化皮及杂质；
27、f、逐步调节工件极电压与源极电压，直至源极电压为900～950v，工件极电压为450v，炉内温度自然上升；
28、g、保温4小时后，缓慢降低源极和工件极电压，使炉内温度缓慢下降；
29、h、结束降温后，关闭氩气阀，再依次关闭真空阀、机械泵、电源开关、循环水开关，冷却至室本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：依次包括第一扩散层(1)、TaZr中间层(2)、第二扩散层(3)和ZrB2表面涂层(4)；所述第一扩散层(1)与Ti2AlNb基体(5)相连，所述第一扩散层(1)包括含量梯度变化的Ta、Zr、Ti、Al、Nb；所述TaZr中间层(2)包括以下质量百分数的元素：Ta：70～80wt％，Zr：20～30wt％；所述第二扩散层(3)包括含量梯度变化的Ta、Zr、B；所述ZrB2表面涂层(4)包括以下质量百分数的元素：Zr：80～90wt％，B：10～20wt％。
2.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述第一扩散层(1)中Ta、Zr的含量在TaZr中间层(2)向Ti2AlNb基体(5)的方向上逐渐降低，Ti、Al、Nb的含量在TaZr中间层(2)向Ti2AlNb基体(5)的方向上逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述第二扩散层(3)中Ta的含量在ZrB2表面涂层(4)向TaZr中间层(2)的方向上逐渐增加，Zr的含量在ZrB2表面涂层(4)向TaZr中
4.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述Ti2AlNb基体(5)、第一扩散层(1)、TaZr中间层(2)、第二扩散层(3)和ZrB2表面涂层(4)互相冶金结合。
5.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述TaZr中间层(2)形成超细晶组织。
6.一种钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，激光熔覆法的激光频率为1000～1500W，激光光斑直径0.5～5mm，熔覆速率20～50m/min。
8.根据权利要求6所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，双辉光等离子表面冶金法的工作气压为25～35Pa，源极电压为900V～950V，工件电压为450V～550V，保温时间为3h～4h，极间距为15mm～18mm。
9.根据权利要求6所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，双辉光等离子表面冶金法使用Zr-B混合栅靶作为源极。
10.一种航空发动机外壳，其特征在于：所述航空发动机外壳包括权利要求1～5任一所述的钛铝铌合金表面复合涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：依次包括第一扩散层(1)、tazr中间层(2)、第二扩散层(3)和zrb2表面涂层(4)；所述第一扩散层(1)与ti2alnb基体(5)相连，所述第一扩散层(1)包括含量梯度变化的ta、zr、ti、al、nb；所述tazr中间层(2)包括以下质量百分数的元素：ta：70～80wt％，zr：20～30wt％；所述第二扩散层(3)包括含量梯度变化的ta、zr、b；所述zrb2表面涂层(4)包括以下质量百分数的元素：zr：80～90wt％，b：10～20wt％。
2.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述第一扩散层(1)中ta、zr的含量在tazr中间层(2)向ti2alnb基体(5)的方向上逐渐降低，ti、al、nb的含量在tazr中间层(2)向ti2alnb基体(5)的方向上逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的一种钛铝铌合金表面复合涂层，其特征在于：所述第二扩散层(3)中ta的含量在zrb2表面涂层(4)向tazr中间层(2)的方向上逐渐增加，zr的含量在zrb2表面涂层(4)向tazr中间层(2)的方向上先逐渐降低后逐渐增加，b的含量在zrb2表面涂层(4)向tazr中间层(2)的方向上逐渐降低。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张平则，孟祥乐，党博，陈栋，杨凯，李淑琴，魏东博，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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