專利名稱：一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性及耐熱性能好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。但其在特定環(huán)境下發(fā)生燃燒的特性，制約了它在高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用。在高溫高壓環(huán)境中，鈦合金迅速氧化，氧化反應(yīng)是放熱過(guò)程，將會(huì)發(fā)生自蔓延反應(yīng)而導(dǎo)致鈦的燃燒。這些現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)中。研制阻燃鈦合金、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是預(yù)防著火的重要措施，而對(duì)鈦及鈦合金進(jìn)行表面合金化也是提高其阻燃性能的有效途徑。近幾年雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)在鈦及鈦合金表面合金化的研究取得一些重要成果。T1-45Nb是美國(guó)研制的一種阻燃鈦合金，Nb元素的含量較大，比強(qiáng)度下降，造成冶煉困難，工藝性能差， 成本高，整體阻燃鈦合金的塑性與韌性較原始鈦合金有較大的改變。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，使工件表面形成含有欲滲金屬元素的表面合金層，大大提高了工件的抗高溫氧化性能。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，采用以下步驟
S1、將陽(yáng)極、陰極和源極設(shè)置于密封爐內(nèi)部，所述陰極由鈦鋁基合金工件構(gòu)成，所述源極由欲滲金屬元素板構(gòu)成，用真空泵對(duì)所述密封爐抽真空并充入惰性氣體至20Pa左右并通入冷卻水，對(duì)所述陰極施加800 900V電壓，繼續(xù)充入氬氣至25Pa左右，對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行充分的預(yù)轟擊，通過(guò)預(yù)轟擊對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行清洗，并使其表面活化便于活性原子的吸附，同時(shí)將其加熱到300度；
S2、對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行預(yù)轟擊后調(diào)至工作氣壓20_80pa，將源極和陰極施加電壓并調(diào)整到試驗(yàn)值400 600V/200 400V，使所述鈦鋁基合金工件和源極達(dá)到工作溫度1000度，穩(wěn)定各工藝參數(shù)開(kāi)始計(jì)時(shí)并保溫，來(lái)自源極的欲滲合金元素吸附、沉積到活性較大的所述鈦合金工件表面，并在高溫下擴(kuò)散滲入工件內(nèi)部，形成含有欲滲金屬元素的表面合金層;
S3、到指定滲金屬時(shí)間l_6h后，關(guān)閉源極和陰極電源，將密封爐內(nèi)抽到極限真空， 冷卻到室溫后出爐。
進(jìn)一步的，在步驟SI中，將所述鈦合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內(nèi)，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩(wěn)定的升溫環(huán)境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度。
進(jìn)一步的，所述欲滲金屬元素板為鈮元素板。
進(jìn)一步的，所述 鈮元素板用砂紙打磨干凈，然后用丙酮超聲清洗。
進(jìn)一步的，所述鈦鋁基合金工件依次經(jīng)過(guò)鑲樣機(jī)鑲樣、砂輪粗磨、水砂紙細(xì)磨、拋光機(jī)拋光、用3% 4% HF+10% HNO3水溶液腐蝕劑進(jìn)行腐蝕。
進(jìn)一步的，所述滲金屬溫度為900 1100°C，所述工作氣壓65Pa，所述時(shí)間4h，所述陰極與源極的極間距為15 20mm,所述預(yù)轟擊時(shí)間10 60min。
采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明對(duì)TiAl金屬間化合物進(jìn)行離子滲Nb后，其抗氧化性能有大幅度的提高，T1-6A1-4V表面經(jīng)雙層輝光離子滲鑰處理后耐磨性能提高了近100倍。
由于在步驟SI中，將所述鈦鋁基合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內(nèi)，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩(wěn)定的升溫環(huán)境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度，輔助陰極和源極、工件形成多重空心陰極效應(yīng)，提高了源極濺射率，同時(shí)起到保溫作用，減少熱消耗，減少源極濺射出合金元素流失，提高源極合金元素的濃度和吸收率，滲金屬溫度場(chǎng)更均勻，有利于形成均勻的擴(kuò)散層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，采用以下步驟
S1、將陽(yáng)極、陰極和源極設(shè)置于密封爐內(nèi)部，所述陰極由鈦鋁基合金工件構(gòu)成，所述源極由欲滲金屬元素板構(gòu)成，用真空泵對(duì)所述密封爐抽真空并充入惰性氣體至20Pa左右并通入冷卻水，對(duì)所述陰極施加800 900V電壓，繼續(xù)充入氬氣至25Pa左右，對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行充分的預(yù)轟擊，通過(guò)預(yù)轟擊對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行清洗，并使其表面活化便于活性原子的吸附，同時(shí)將其加熱到300度；
S2、對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行預(yù)轟擊后調(diào)至工作氣壓20_80pa，將源極和陰極施加電壓并調(diào)整到試驗(yàn)值400 600V/200 400V，使所述鈦鋁基合金工件和源極達(dá)到工作溫度1000度，穩(wěn)定各工藝參數(shù)開(kāi)始計(jì)時(shí)并保溫，來(lái)自源極的欲滲合金元素吸附、沉積到活性較大的所述鈦合金工件表面，并在高溫下擴(kuò)散滲入工件內(nèi)部，形成含有欲滲金屬元素的表面合金層;
S3、到指定滲金屬時(shí)間l_6h后，關(guān)閉源極和陰極電源，將密封爐內(nèi)抽到極限真空， 冷卻到室溫后出爐。
為了達(dá)到更好的效果，在步驟SI中，將所述鈦合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內(nèi)，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩(wěn)定的升溫環(huán)境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度。
再將源極和陰極放入密封爐前，鈮元素板用砂紙打磨干凈，然后用丙酮超聲清洗。 鈦鋁基合金工件依次經(jīng)過(guò)鑲樣機(jī)鑲樣、砂輪粗磨、水砂紙細(xì)磨、拋光機(jī)拋光、用3% 4% HF+10% HN03水溶液腐蝕劑進(jìn)行腐蝕。
本實(shí)施例中，所述滲金屬溫度為900 1100°C，所述工作氣壓65Pa，所述時(shí)間4h， 所述陰極與源極的極間距為15 20mm,所述預(yù)轟擊時(shí)間10 60min
本實(shí)施例中，欲滲合金元素為鈮元素。鈦合金工件是由西北有色金屬院提供的 TA2、T1-6A1-4V，經(jīng)線切割成試樣大小為020mmX3mm。滲金屬 之前，經(jīng)過(guò)SiC水砂紙打磨至1000#后拋光，使用丙酮清洗后放入干燥器中待用。TA2合金的原始組織主要由等軸狀α相組成，而T1-6A1_4V合金主要由白色為α相及黑色β相組成。
本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抗高溫氧化的鈦鋁基合金梯度材料的制備方法，其特征在于，采用以下步驟51、將陽(yáng)極、陰極和源極設(shè)置于密封爐內(nèi)部，所述陰極由鈦鋁基合金工件構(gòu)成，所述源極由欲滲金屬元素板構(gòu)成，用真空泵對(duì)所述密封爐抽真空并充入惰性氣體至20Pa左右并通入冷卻水，對(duì)所述陰極施加800 900V電壓，繼續(xù)充入氬氣至25Pa左右，對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行充分的預(yù)轟擊，通過(guò)預(yù)轟擊對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行清洗，并使其表面活化便于活性原子的吸附，同時(shí)將其加熱到300度；52、對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行預(yù)轟擊后調(diào)至工作氣壓20-80pa，將源極和陰極施加電壓并調(diào)整到試驗(yàn)值400 600V/200 400V，使所述鈦鋁基合金工件和源極達(dá)到工作溫度 1000度，穩(wěn)定各工藝參數(shù)開(kāi)始計(jì)時(shí)并保溫，來(lái)自源極的欲滲合金元素吸附、沉積到活性較大的所述鈦合金工件表面，并在高溫下擴(kuò)散滲入工件內(nèi)部，形成含有欲滲金屬元素的表面合金層；53、到指定滲金屬時(shí)間l_6h后，關(guān)閉源極和陰極電源，將密封爐內(nèi)抽到極限真空，冷卻到室溫后出爐。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗高溫氧化的鈦鋁基合金梯度材料的制備方法，其特征在于，在步驟SI中，將所述鈦合金工件放置在上部敞口的隔熱箱內(nèi)，將欲滲金屬元素體放置于所述隔熱箱的上部，保證有良好的滲鈮氣氛和穩(wěn)定的升溫環(huán)境，并起到保溫的作用，抽真空至極限真空度。
3.如權(quán)利要求2所述的一種抗高溫氧化的鈦鋁基合金梯度材料的制備方法，其特征在于，所述欲滲金屬元素板為鈮元素板。
4.如權(quán)利要求3所述的一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，其特征在于， 所述鈮元素板用砂紙打磨干凈，然后用丙酮超聲清洗。
5.如權(quán)利要求4所述的一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法，其特征在于， 所述鈦合金工件依次經(jīng)過(guò)鑲樣機(jī)鑲樣、砂輪粗磨、水砂紙細(xì)磨、拋光機(jī)拋光、用3% 4% HF+10% HNO3水溶液腐蝕劑進(jìn)行腐蝕。
6.如權(quán)利要求5所述的一種抗高溫氧化的鈦合金梯度材料的制備方法,其特征在于， 所述滲金屬溫度為900 IIOO0C，所述工作氣壓65Pa，所述時(shí)間4h，所述陰極與源極的極間距為15 20mm,所述預(yù)轟擊時(shí)間10 60min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種抗高溫氧化的鈦鋁基合金梯度材料的制備方法，采用如下步驟S1、對(duì)所述鈦鋁基合金工件進(jìn)行充分的預(yù)轟擊，S2、將源極和陰極施加電壓，來(lái)自源極的欲滲合金元素吸附、沉積到活性較大的所述鈦鋁基合金工件表面，并在高溫下擴(kuò)散滲入工件內(nèi)部，形成含有欲滲金屬元素的表面合金層；S3、到指定滲金屬時(shí)間后，關(guān)閉源極和陰極電源，將密封爐內(nèi)抽到極限真空，冷卻到室溫后出爐。本發(fā)明使工件表面形成含有欲滲金屬元素的表面合金層，大大提高了工件的抗高溫氧化性能。
文檔編號(hào)C23C10/28GK103060754SQ201310023930
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月3日
發(fā)明者王文波, 賀志勇, 劉小平, 王振霞, 尤凱, 寧來(lái)元 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)