本發(fā)明涉及耐高溫鈦合金復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鈦合金是一種性能優(yōu)異的金屬材料，其密度低、強(qiáng)度高，在所有金屬中其比強(qiáng)度是最高的。因而，鈦合金在國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，鈦合金的耐高溫性能不好，在高溫下，鈦合金非常容易氧化，因而限制了其應(yīng)用。
公開號(hào)為101550496B的發(fā)明專利提供了一種高溫抗氧化TiCp/Ti合金基復(fù)合材料的制備方法，它涉及一種高溫抗氧化Ti合金基復(fù)合材料的制備方法。它解決了目前鈦合金的高溫抗氧化能力差，高溫環(huán)境中極易發(fā)生氧化、出現(xiàn)氧化層脫落，致使鈦合金的尺寸不斷縮小、其機(jī)械性能顯著降低的問題，以及TiCp和TiBw均勻分布的鈦合金基復(fù)合材料高溫抗氧化性能提高效果不明顯，仍然存在使用溫度低，高溫服役時(shí)間短的缺陷。制備方法：將C粉和Ti合金粉球磨混粉，然后真空燒結(jié)。該發(fā)明方法制備出的TiCp/Ti合金基復(fù)合材料在提高Ti合金力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，大幅提高了復(fù)合材料的高溫抗氧化能力，700℃環(huán)境中氧化150h，只有表層鈦合金發(fā)生氧化，沒有氧化層脫落發(fā)生，因此具有高溫服役時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
公開號(hào)為104947107A的發(fā)明專利提供了一種鈦及鈦合金表面抗氧化耐磨損復(fù)合涂層及其制備方法，屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合涂層由內(nèi)層隔氧層和外層耐磨抗氧化層組成；隔氧層為富鋁的滲鋁層，其主要成分為TiAl3，耐磨抗氧化層為成分是Al2O3和TiO2的高硬度陶瓷。該方法包括1、鈦或鈦合金表面預(yù)處理；2、鈦或鈦合金表面滲鋁處理；3、鈦或鈦合金表面微弧氧化處理。該方法簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化使用；該復(fù)合涂層抗高溫氧化性能要好于現(xiàn)有防護(hù)涂層，解決了普通滲鋁形成貫穿性裂紋和噴涂層結(jié)合力低的問題，解決了鈦合金普通微弧氧化硬度不足、氮化改性層較薄等問題，滿足大部分鈦合金零部件對(duì)耐磨性的要求。
公開號(hào)為 105331973A的發(fā)明專利公開了一種鈦合金表面制備高Nb鈦鋁基合金抗氧化涂層的方法。該方法是利用CO2激光束作用下Ti-Al-Nb混合元素粉末之間的原位合成反應(yīng)及熱處理，在鈦合金表面制備高Nb鈦鋁基合金涂層。涂層制備步驟包括：鈦合金表面預(yù)處理、粉末配制及球磨、粉末預(yù)置、粉末激光燒結(jié)、涂層熱處理、抗氧化性能測(cè)試及顯微組織分析七個(gè)部分。性能測(cè)試結(jié)果表明，該發(fā)明可以有效降低鈦合金在高溫環(huán)境中的劇烈氧化，大幅度提高鈦合金使用溫度極限；該發(fā)明提供了一種周期短、綜合成本低、柔性化程度高的涂層制備方法；該方法能在不大幅度影響合金涂層高溫抗氧化性能的前提下，對(duì)涂層成分配比進(jìn)行靈活調(diào)整，得到致密度高、厚度均勻、抗氧化性能優(yōu)良的高Nb鈦鋁基合金雙相涂層。
公開號(hào)為105603483A的發(fā)明專利公開了一種鈦基合金抗高溫氧化涂層的制備方法，包括以下步驟：1)首先去除鈦基合金基體的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)按比例將無水乙醇、水和前軀體硅酸烷基酯混合，用酸調(diào)混合液pH至2.0～6.0，室溫下攪拌2～48h，得到前軀體溶液；3)在兩電極槽中加入配好的前軀體溶液，以鈦基合金基體作為工作電極，鉑片或石墨作為對(duì)電極，電極間距控制在1-10cm，控制電流密度為-0.1mA·cm-2～-5.0mA·cm-2，沉積時(shí)間為30s～2000s，水洗后于40～150℃烘干，得到微納米氧化物涂層；4)將覆蓋有微納米氧化物涂層的鈦基合金在空氣中于600～700℃下熱處理10～60min，即制得鈦基合金抗高溫氧化涂層。該發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，獲得的涂層與基體之間具有優(yōu)異的結(jié)合力，可顯著提高鈦鋁合金高溫抗氧化性能。
以上方法能夠提高鈦合金的高溫使用性能，但是一般都降低了材料表面的力學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了提高鈦合金的使用溫度，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料的應(yīng)用。
常規(guī)的鈦合金的使用溫度不能超過650攝氏度，而本發(fā)明采用激光熔敷的方法，制備鈦合金-高熵合金復(fù)合材料，能夠?qū)⑩伜辖鸬氖褂脺囟忍岣叩?00攝氏度以上。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料，該合金由鈦合金基底與高熵合金層構(gòu)成，。
作為優(yōu)選，高熵合金按原子百分比包括如下組分：Ti：V為1：1.5~2，V：Cr為1：0.9~1.1，V：Al為1：0.9~1.1，V： Si為1：0.9~1.1。
作為優(yōu)選，上述高熵合金層的厚度為100-5000微米。
上述的耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
1）按照上述的高熵合金元素比例準(zhǔn)備粉末狀原料，并混合均勻；
2）準(zhǔn)備鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
上述的耐高溫鈦合金復(fù)合材料在航空航天、交通工具等方面的應(yīng)用。
有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用本發(fā)明的方法可以制備一種耐高溫鈦合金復(fù)合材料，能夠?qū)⑩伜辖鸬氖褂脺囟忍岣叩?00攝氏度以上，遠(yuǎn)高于常規(guī)鈦合金的使用溫度（一般低于650攝氏度）。這是由于高熵合金層具有優(yōu)異的高溫性能，能夠保護(hù)內(nèi)部的鈦合金不被氧化。并且，由于高熵合金具有極高的硬度，因此，本發(fā)明比采用涂料表面保護(hù)的鈦合金的表面硬度更高。本發(fā)明的高熵合金沒有采用較為昂貴的稀土元素，成本低，效果好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的舉例說明。
實(shí)施例1：耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.9：1.8：2.1的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準(zhǔn)備TC4鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
實(shí)施例2：耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：1.5：1.5：1.5：1.6的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準(zhǔn)備TA5鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
實(shí)施例3：耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.8： 2.2：1.8的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準(zhǔn)備TA2鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
實(shí)施例4：耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：2.2：1.8：2.2的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準(zhǔn)備TC4鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
實(shí)施例5：耐高溫鈦合金復(fù)合材料的制備
1）按照Ti：V：Cr：Al：Si=1：2：1.9：2.1：1.9的原子比為配制金屬粉，混合均勻；
2）準(zhǔn)備TC1鈦合金基體，去除氧化層、清洗干凈表面；
3）在惰性氣氛中使用二氧化碳激光器在鈦合金表面熔敷高熵合金，具體參數(shù)為：激光器掃描速度3mm/s，光斑直徑為2.5mm，掃描間距1.5mm，送粉速度為2g/min，直到最終熔覆層與基體結(jié)合良好；
4）空冷，由此得到鈦合金-高熵合金復(fù)合材料。
抗高溫氧化性能對(duì)比研究：將實(shí)施例1-5與TC4鈦合金在800攝氏度的氧化氣氛保溫24小時(shí)，取出后發(fā)現(xiàn)TC4鈦合金的表面產(chǎn)生50微米氧化層，且表面有裂紋，無法對(duì)基體產(chǎn)生較好的保護(hù)，因此隨著時(shí)間的進(jìn)行，TC4合金還會(huì)繼續(xù)氧化；而實(shí)施例1-5的表面都形成了致密的氧化膜，氧化膜的厚度5-8微米，由于保護(hù)膜非常致密，因此可以對(duì)集體進(jìn)行很好的保護(hù)。實(shí)驗(yàn)后TC4比實(shí)驗(yàn)前增重10.3毫克/平方厘米，而實(shí)施例1-5的增重分別為2.8、3.1、3.2、2.9、2.7毫克/平方厘米，可知本發(fā)明的材料具有更好的耐高溫、抗氧化性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。