抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法，该涂层由下述原子百分比的元素组成：44～47at%的Al、2～4at%的Nb、4～10at%的V、0～2.5at%的Cr、0～0.5at%的B以及余量的Ti。该涂层是先将中间合金AlNb、AlV、AlCr、TiB2、Al粒以及高纯海绵Ti混合后制成喷涂粉体，再采用低温超音速喷涂技术将喷涂粉体喷涂到铝合金基体表面。本发明专利技术的涂层结合强度可达30MPa以上，在铝合金表面制备该涂层后能够提高铝合金表面的电极电位、降低自腐蚀电流以及与钛合金的接触腐蚀敏感性，从而可以使铝合金直接与钛合金接触使用，满足铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀防护要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种TiAl基合金涂层及其制备方法，具体涉及一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法。
技术介绍
在飞机、舰船中有较多的铝合金/钛合金异质金属直接接触结构，这些飞机、舰船在海洋环境服役过程中，因铝合金电极电位（-1.66V）低于钛合金电极电位（-1.63V），形成电位差，同时铝合金表面钝化膜层不稳定，加之高湿和高盐雾的海洋大气环境为腐蚀提供了介质条件，极易使电极电位偏低的铝合金零件发生严重的接触腐蚀（也称电偶腐蚀）。由于接触腐蚀属于局部腐蚀，很难预测和预防，往往在没有先兆的情况下，使金属设备突然发生破坏，造成重大工程事故或人身伤亡，同时破坏装备整体运行和安全服役。针对铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀问题，研究人员尝试了多种解决方案：（1）同时对钛合金表面和铝合金表面进行阳极氧化（如中国专利文献CN104451812A），降低铝合金对钛合金的接触腐蚀敏感性。实践证明，该方案效果不佳，几乎很难阻止接触腐蚀的发生。（2）采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备由Al2TiO5相、TiO相以及TiO2相组成的多孔膜，降低与LY12铝合金间的电偶电流。实践证明，该方案效果同样不佳，接触腐蚀敏感性仍达不到直接接触使用的许可标准。（3）在钛合金表面浸镀抗接触腐蚀的铝硅涂层（如中国专利文献CN101760716A），通过降低钛合金表面的电极电位以减小与铝合金之间的电位差。该方案的不足在于：制备工艺复杂，成本较高，尤其是环境污染较大，不适合工业化大生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀问题，提供一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层及其制备方法。实现本专利技术上述目的的技术方案是：一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，该涂层由下述原子百分比的元素组成：44～47at%的Al、2～4at%的Nb、4～10at%的V、0～2.5at%的Cr、0～0.5at%的B以及余量的Ti。作为优选，该涂层中Cr的原子百分比不为0。作为进一步优选，该涂层中B的原子百分比不为0。上述抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法具有以下步骤：①按照原子百分比将中间合金AlNb、AlV、AlCr、TiB2、Al粒以及高纯海绵Ti混合后加入到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体材料，通过筛分得到粒径为400目～800目的粉体材料≥95wt%的喷涂粉体；②采用低温超音速喷涂技术将步骤①得到的喷涂粉体喷涂到基体表面制得抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层。上述步骤②中所述的基体为优选为铝合金基体，比如5052铝合金基体、5083铝合金基体、6061铝合金基体或者7050铝合金基体；更优选为5083铝合金基体。上述步骤②中所述的低温超音速喷涂技术具体工艺参数为：压缩空气压力为85～95PSI、燃气丙烷压力为65～73PSI、载气氩气流量为25～40L/min、送粉速度为150～200g/min、喷涂距离为20～25cm、喷枪移动速度为1000～2000mm/s。本专利技术具有的积极效果：（1）本专利技术从调整钛铝合金成分以改善钛铝合金的塑性方面以及采用低温超音速喷涂制备工艺两方面入手，解决了铝合金表面接触腐蚀的问题，其涂层结合强度可达30MPa以上，在铝合金表面制备该涂层后能够提高铝合金表面的电极电位、降低自腐蚀电流以及与钛合金的接触腐蚀敏感性，从而可以使铝合金直接与钛合金接触使用，满足铝合金/钛合金异质金属接触腐蚀防护要求。（2）本专利技术采用低温超音速喷涂制备的涂层可避免对氧化敏感的铝合金基体以及喷涂粉体的氧化，使涂层具备更高的结合强度和内聚强度，有益于涂层综合性能的提高。具体实施方式（实施例1）本实施例的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层由45at%的Al、2at%的Nb、10at%的V、1at%的Cr以及余量的Ti组成（以下均简写为Ti-45Al-2Nb-10V-1Cr）。本实施例的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法如下：①按照上述原子百分比将中间合金AlNb、AlV、AlCr、Al粒以及高纯海绵Ti混合后加入到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体材料，通过筛分得到粒径为400目～800目的粉体材料≥95wt%的喷涂粉体。②采用低温超音速喷涂技术将步骤①得到的喷涂粉体喷涂到5083铝合金基体表面制得抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层。具体工艺参数为：压缩空气压力为92PSI、燃气丙烷压力为71PSI、载气氩气流量为35L/min、送粉速度为180g/min、喷涂距离为24cm、喷枪移动速度为1200mm/s，涂层厚度为0.6mm。（实施例2～实施例3）实施例2和实施例3的涂层组成见表1，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处见表1。表1实施例1实施例2实施例3涂层组成Ti-45Al-2Nb-10V-1CrTi-47Al-4Nb-7V-1Cr-0.5BTi-46Al-2Nb-5V-2Cr压缩空气压力92PSI95PSI88PSI燃气丙烷压力71PSI73PSI69PSI载气氩气流量35L/min35L/min30L/min送粉速度180g/min160g/min160g/min喷涂距离24cm20cm22cm喷枪移动速度1200mm/s1800mm/s1500mm/s结合强度36.4MPa39.2MPa33.5MPa（测试例1）采用对偶拉伸法测试实施例1～实施例3制得的涂层的结合强度，结果见表1。（测试例2）测试5083铝合金、TA2钛合金以及实施例1～实施例3制得的涂层在3.5wt%NaCl水溶液中的极化曲线，并采用拟合法得到自腐蚀电位和自腐蚀电流，结果见表2。表2自腐蚀电位（mV）自腐蚀电流（μA）5083铝合金-913.9017.22TA2钛合金-341.522.32实施例1涂层-287.571.94实施例2涂层-252.631.54实施例3涂层-317.632.17由表2可以看出，各实施例制得的涂层的自腐蚀电位均高于5083铝合金以及TA2钛合金，自腐蚀电流均低于5083铝合金基体以及TA2钛合金，从而显示出更佳的耐腐蚀性能。（测试例3）参照HB-5374中的方法测试“5083铝合金-TA2钛合金”、“各实施例制得的涂层-TA2钛合金”在20h内的平均接触腐蚀电流密度，并对各电偶对的接触腐蚀敏感性进行评定，结果见表3。表3电偶对平均接触腐蚀电流密度等级5083铝合金/TA2钛合金16.2μA·cm-2E实施例1涂层/ TA2钛合金0.23μA·cm-2A实施例2涂层/ TA2钛合金0.15μA·cm-2A实施例3涂层/ TA2钛合金0.27μA·cm-2A由表3可以看出：在铝合金表面制备了本专利技术的涂层后，平均接触腐蚀电流密度大大降低，与TA2钛合金的接触腐蚀敏感性均能够达到A级，可以直接与TA2钛合金接触使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于该涂层由下述原子百分比的元素组成：44～47at%的Al、2～4at%的Nb、4～10at%的V、0～2.5at%的Cr、0～0.5at%的B以及余量的Ti。

【技术特征摘要】
1.一种抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于该涂层由下述原子百分比的元素组成：44～47at%的Al、2～4at%的Nb、4～10at%的V、0～2.5at%的Cr、0～0.5at%的B以及余量的Ti。2.根据权利要求1所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于：该涂层中Cr的原子百分比不为0。3.根据权利要求1或2所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层，其特征在于：该涂层中B的原子百分比不为0。4.权利要求1至3之一所述的抗接触腐蚀的TiAl基合金涂层的制备方法，其特征在于具有以下步骤：①按照原子百分比将中间合金AlNb、AlV、AlCr、TiB2、Al粒以及高纯海绵Ti混合后加入到真空电弧熔炼炉中熔炼为块体材料，然后采用气雾化制粉设备将上述块体材料制成粉体材料，通过筛分得到粒径为400目～800目的粉体材料≥95wt%的喷涂粉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓明，朱胜，韩国峰，张垚，杜文博，赵阳，王启伟，任智强，常青，陈永星，周超极，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11