專利名稱：TiAl合金表面抗氧化Si-Ce-Y滲層的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TiAl合金表面滲層的制備方法，專用于TiAl合金表面S1-Ce-Y共滲層制備的生產(chǎn)和應(yīng)用，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TiAl合金由于具有低密度、高比強度而被認為是一種極具應(yīng)用潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料，其在高溫下具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如果將其應(yīng)用到發(fā)動機上，能夠較當前的超級合金減輕50%的重量。然而，該合金高溫抗氧化性能不足，通過合金化方法改善其高溫抗氧化性能有一定的局限性，且會顯著降低其力學(xué)性能，因此需要在合金表面制備涂層以提高其抗氧化性能。近年來，涉及鈦鋁合金表面高溫抗氧化涂層的研究甚少，且主要集中在等離子噴涂及激光熔覆上，主要存在以下問題:(1)等離子噴涂層與基體結(jié)合力差，涂層孔隙率高；
(2)激光熔覆技術(shù)制備的熔覆層存在裂紋和殘余應(yīng)力，所制備的涂層高溫抗氧化性能并不
理相硅化物涂層密度低、熔點高、熱穩(wěn)定性良好，適合于高溫合金的高溫抗氧化防護。但單一的硅化物涂層由于本身脆性而導(dǎo)致其內(nèi)易出現(xiàn)裂紋，同時氧化時涂層內(nèi)會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，致使表面氧化膜剝落而失去保護性，因此需要添加其它元素對其進行改性。Ce、Y等活性元素在改善涂層致密性及其與基體的結(jié)合力、降低合金的氧化速率和提高氧化膜的抗剝落能力等方面有顯著效果。目前，鈦鋁合金表面高溫抗氧化的S1-Ce-Y共滲層的制備技術(shù)及其應(yīng)用尚屬空白。因此研究和實現(xiàn)鈦鋁合金表面高溫抗氧化的S1-Ce-Y改性硅化物滲層的制備技術(shù)對鈦鋁合金在航空工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高TiAl合金的高溫抗氧化性能，本發(fā)明提供了一種TiAl合金表面制備S1-Ce-Y共滲層的工藝方法，無須真空爐及充氬氣保護，即可獲得結(jié)合力好(冶金結(jié)合)，均勻、致密的共滲層；并且具有工藝簡單、操作方便、成本低廉、易于實現(xiàn)、效率高等優(yōu)點，適于生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:(I)試樣經(jīng)80 600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干；(2)按下述重量百分比稱取滲劑:10-20% Si,0.5-5% Y2O3,0.5-5% CeO2 和 1-8%NaF,余量為 Al2O3 ；(3)將配制好的滲劑置于球磨機中進行4h研磨，使其充分混合；(4)將滲劑置于溫度為150°C的烘箱中保溫Ih進行烘干；(5)把烘干過的滲劑裝入坩堝， 并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于8mm ；
(6)將裝有試樣的坩堝加蓋，用硅溶膠及三氧化二鋁混合密封后置于高溫電阻爐中，所述的硅溶膠及三氧化二鋁按照每IL硅溶膠加入I 1.2kgAl203的配比混合；(7)高溫電阻爐升溫Ih至1050°C，在1050-1200°C保溫l_4h后空冷至室溫；(8)將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后用酒精清洗，再進行烘干。所述的滲劑中，Si彡100目，Y2O3彡100目，CeO2彡100目，NaF為分析純，Al2O3 彡 200 目。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了鈦鋁合金高溫抗氧化性能差的技術(shù)難題，無須真空爐及氬氣保護即可獲得結(jié)合力好(冶金結(jié)合)，均勻、致密的S1-Ce-Y共滲層，并具有工藝簡單、操作方便、效率高、成本低廉、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。采用銼邊法、劃痕法、摩擦法和拋光法等方法對結(jié)合力進行檢測，滲層與基體表現(xiàn)出非常好的結(jié)合力，經(jīng)高溫氧化試驗表明滲層具有良好的高溫抗氧化能力。


圖1為采用本發(fā)明所獲得的不同滲劑配方及不同共滲條件下的滲層截面顯微形貌圖。其中圖1(a)的共滲溫度為1050°C，共滲時間為lh，滲劑組分為:10S1-lCe02-3Y203-7NaF-79Al203 (wt%);圖1(b)的共滲溫度為1100°C，共滲時間為3h，滲劑組分為:15Si_2Ce02-2Y203-5NaF-76Al203 (wt%);圖1(c)的共滲溫度為1200°C，共滲時間為4h，滲劑組分為:20S1-3Ce02-lY203-3NaF-73Al203 (wt%)。圖2為采用本發(fā)明所獲得的不同滲劑配方及不同共滲條件下的滲層表面宏觀形貌圖。其中圖2(a)的共滲溫度為1050°C，共滲時間為lh，滲劑組分為:10S1-lCe02_3Y203-7NaF-79Al203 (wt%);圖2(b)的共滲溫度為1100°C，共滲時間為3h，滲劑組分為:15Si_2Ce0
2-2Y203-5NaF-76Al203(wt%);圖2(c)的共滲溫度為1200°C，共滲時間為4h，滲劑組分為:20S1-3Ce02-lY203-3NaF-73Al203 (wt%)。圖3為采用本發(fā)明所獲得的不同滲劑配方及不同共滲條件下的滲層表面微觀形貌圖，其中圖3(a)的共滲溫度為1050°C，共滲時間為lh，滲劑組分為:10S1-lCe02-3Y203_7NaF-79Al203 (wt%);圖3(13)的共滲溫度為1100°C，共滲時間為3h，滲劑組分為:15S1-2Ce02_2Y203-5NaF-76Al203(wt%);圖3(c)的共滲溫度為1200°C，共滲時間為4h，滲劑組分為:20Si_3Ce02-lY203-3NaF-73Al203 (wt%)。圖4為采用本發(fā)明所獲得的不同滲劑配方及不同共滲條件下的滲層截面元素分布，其中圖4 (a)的共滲溫度為1050°C，共滲時間為lh，滲劑組分為:10S1-lCe02-3Y203_7NaF-79Al203 (wt%);圖4(b)的共滲溫度為1100°C，共滲時間為3h，滲劑組分為:15S1-2Ce02_2Y2
03-5NaF-76Al203(wt%);圖4((:)的共滲溫度為1200°C，共滲時間為4h，滲劑組分為:20Si_3Ce02-lY203-3NaF-73Al203 (wt%)。圖5為本發(fā)明流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明包括以下步驟:①試樣經(jīng)80 600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干；
②配制滲劑:按重量百分比準確稱取滲劑；③將配制好的滲劑置于球磨機中進行4h研磨，使其充分混合；④將滲劑置于溫度為150°C的烘箱中保溫Ih進行烘干；⑤把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于8mm ,⑥將裝有試樣的坩堝加蓋并用硅溶膠及三氧化二鋁(配置方法:每IL硅溶膠加入I 1.2kgAl203混合)密封后置于高溫電阻爐中；⑦高溫電阻爐升溫Ih至1050°C，在1050-1200°C保溫l_4h后空冷至室溫；⑧將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后用酒精清洗，再進行烘干，結(jié)束。本發(fā)明所提供的滲劑配方，具 體包括以下內(nèi)容:①被滲元素:10-20% Si (≤ 100 目)，0.5-5 % Y2O3 (≤ 100 目)，0.5-5 % CeO2 ≤ 100 目)。②催化劑:1-8% NaF (分析純)③填充物:A1203 (≤200目)實施例1①準備試樣:試樣經(jīng)600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干；②配制滲劑:按量準確稱取滲齊U，滲劑的配比按重量百分比為:10% Si (≤100目)，l%Ce (≤100 g),3% Y2O3 (≤100目)，7%NaF (分析純)，其余為Al2O3 200目);③球磨:將配制好的滲劑置于球磨機中研磨4h，使其充分混合；④干燥:將球磨后的滲劑置于溫度為100°C的烘箱中保溫Ih進行烘干；⑤包埋:把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于8_，⑥密封:將裝有試樣的坩堝加蓋并用硅溶膠及三氧化二鋁密封后置于高溫電阻爐中；⑦擴散滲:升溫Ih至1050°C，在1050°C保溫Ih后空冷至室溫；⑧清洗烘干:將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后用酒精清洗，再進行烘干，結(jié)束。實施例2①準備試樣:試樣經(jīng)600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干；②配制滲劑:按量準確稱取滲齊U，滲劑的配比按重量百分比為:15% Si (≤100目)，2%Ce (≤100 g),2% Y2O3 (≤100目)，5%NaF (分析純)，其余為Al2O3 (≤200目)；③球磨:將配制好的滲劑置于球磨機中研磨，使其充分混合；④干燥:將球磨后的滲劑置于溫度為100°C的烘箱中保溫Ih進行烘干；⑤包埋:把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于8_，⑥密封:將裝有試樣的坩堝加蓋并用硅溶膠及三氧化二鋁密封后置于高溫電阻爐中；⑦擴散滲:升溫Ih至110(TC，在1100°C保溫3h后空冷至室溫；⑧清洗烘干:將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后用酒精清洗，再進行烘干，結(jié)束。實施例3①準備試樣:試樣經(jīng)600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干；②配制滲劑:按量準確稱取滲齊U，滲劑的配比按重量百分比為:20% Si (彡100目)，3%Ce (彡100 g),l% Y2O3 (彡100目)，3%NaF (分析純)，其余為Al2O3 (彡200目)；③球磨:將配制好的滲劑置于球磨機中研磨，使其充分混合；④干燥:將球磨后的滲劑置于溫度為100°C的烘箱中保溫Ih進行烘干；⑤包埋:把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于8_，⑥密封:將裝有試樣的坩堝加蓋并用硅溶膠及三氧化二鋁密封后置于高溫電阻爐中；⑦擴散滲:升溫Ih至120(TC，在120(TC保溫4h后空冷至室溫；⑧清洗烘干:將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后 用酒精清洗，再進行烘干，結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種TiAl合金表面抗氧化S1-Ce-Y滲層的制備方法,其特征在于包括下述步驟: (1)試樣經(jīng)80 600#砂紙打磨后超聲清洗，吹干； (2)按下述重量百分比稱取滲劑:10-20%Si, 0.5-5% Y2O3,0.5-5% CeO2 和 1_8% NaF,余量為Al2O3 ； (3)將配制好的滲劑置于球磨機中進行4h研磨，使其充分混合； (4)將滲劑置于溫度為150°C的烘箱中保溫Ih進行烘干； (5)把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，相鄰平行試樣之間的距離不小于 8mm ； (6)將裝有試樣的坩堝加蓋，用硅溶膠及三氧化二鋁混合密封后置于高溫電阻爐中，所述的硅溶膠及三氧化二鋁按照每IL硅溶膠加入I 1.2kgAl203的配比混合； (7)高溫電阻爐升溫Ih至1050°C，在1050-1200°C保溫l_4h后空冷至室溫； (8)將擴散滲后的試樣使用流動水沖洗，然后用酒精清洗，再進行烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金表面抗氧化S1-Ce-Y滲層的制備方法，其特征在于:所述的滲劑中，Si彡100目，Y2O3彡100目，CeO2彡100目，NaF為分析純，Al2O3 ( 200目。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種TiAl合金表面抗氧化Si-Ce-Y滲層的制備方法，首先清洗準備試樣，然后按量準確稱取滲劑并進行球磨、干燥，把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，用硅溶膠及三氧化二鋁密封后置于高溫電阻爐中進行擴散滲，最后將擴散滲后的試樣清洗烘干。本發(fā)明工藝簡單、操作方便、效率高、成本低廉、易于實現(xiàn)，具有良好的高溫抗氧化能力。
文檔編號C23C10/52GK103225057SQ201310169170
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者李涌泉, 謝發(fā)勤, 吳向清 申請人:西北工業(yè)大學(xué)