一种钛合金SiOC复合涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于金属材料抗高温氧化领域，具体涉及钛合金SiOC复合涂层及其制备方法和应用。一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、去除钛基合金表面的氧化皮，并清洗、干燥；将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合反应，得到前驱体溶液；S2、将步骤S1处理后的钛基合金浸入前驱体溶液中浸涂提拉，将浸涂提拉后的钛基合金固化处理；S3、对步骤S2处理后的钛基合金热处理，冷却后在钛基合金表面得到SiOC复合涂层。本发明专利技术的SiOC复合涂层表面均匀致密，与钛基合金基体之间具有优异的结合力，在800

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金SiOC复合涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于金属材料抗高温氧化领域，具体涉及一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着航空航天、汽车、化学等工业的不断发展，耐高温腐蚀、低密度、力学性能优异的新型高温结构材料受到了人们广泛的关注。
[0003]TiAl基金属间化合物(简称TiAl合金)，具有密度低(3.7～4.2g/cm3，仅为目前商用Ni基合金的50％)，比强度、比刚度高，高温抗蠕变性能好等优点，在航空航天、汽车、化工、等领域有着广泛的应用，尤其是航空航天领域，TiAl合金常用于制备燃烧发动机和航空发动机的部件，如涡轮叶片或压气机盘，在高温结构材料领域被认为是替代传统钛合金和镍基超合金的理想材料。但是，当温度高于700℃时，TiAl合金的表面会形成由TiO2和Al2O3组成的混合氧化膜。但这种氧化膜结构疏松，无法起到保护作用，从而加速了TiAl合金的失效。
[0004]现有技术公开了一种钛合金SiOC复合涂层，其通过将烷氧基硅烷、无水乙醇与硝酸钾溶液混合，加入金属或金属氧化物纳米颗粒后通过电沉积溶胶凝胶法制备得到一种钛合金SiOC复合涂层，能够提高钛基合金在800℃高温下的抗氧化性能。然而，采用电沉积法所制备的SiOC涂层较薄，多次沉积效果较差，导致其防护性能有限，并且其钛合金SiOC复合涂层针对改善的是800℃下的抗氧化性能，其并没有针对TiAl合金在800℃以上尤其是850℃的抗氧化性能做出相关改善。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，所制备得到的SiOC复合涂层与钛基合金基体之间具有优异的结合力，能显著提高钛基合金在800
‑
850℃高温下的抗高温氧化性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、去除钛基合金表面的氧化皮，并清洗、干燥；将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合反应，得到前驱体溶液；
[0009]S2、将步骤S1处理后的钛基合金浸入所述前驱体溶液中浸涂提拉，将浸涂提拉后的钛基合金固化处理；
[0010]S3、对步骤S2处理后的钛基合金热处理，冷却后在钛基合金表面得到SiOC复合涂层；
[0011]其中，步骤S1中，聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为1:(0.05～0.2)；
[0012]步骤S2中，固化温度为25～150℃，固化时间为1～24h；
[0013]步骤S3中，热处理温度为700℃
‑
1100℃，热处理时间为1
‑
5h。
[0014]本专利技术步骤S1中，通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和固化剂发生交联反应形成有机三维网络得到前驱体溶液。
[0015]本专利技术步骤S2中，将步骤S1处理后的钛基合金浸入所述前驱体溶液中浸涂提拉，固化处理后溶剂蒸发，有利于在钛基合金表面得到PDMS初始薄膜。
[0016]本专利技术步骤S3中，通过对步骤S2处理后的钛基合金热处理，冷却后有利于PDMS在固化交联和热处理过后能够形成稳定的SiOC网络结构，具备抗高温防护性能。
[0017]本专利技术通过制备特定的前驱体溶液以及特定工艺的浸涂提拉方法，可以获得较厚的的钛合金SiOC涂层，有效提高其抗高温氧化性能，尤其提高了TiAl合金在800℃以上的抗氧化性能。
[0018]本专利技术通过溶胶凝胶法引入C4‑
离子取代O2‑
离子，导致局部键密度增加，增强了涂层中的玻璃网络结构。由于硅碳键的富集，涂层的各种性能特征如机械性能、化学稳定性、抗蠕变、抗热冲击、抗氧化性能等逐渐得到改善。
[0019]本专利技术制备得到的钛合金SiOC复合涂层，表面均匀致密、化学稳定性良好，韧性高，耐磨性好，与钛基合金基体之间具有优异的结合力，在800
‑
850℃下有着较低的氧化增重，能显著提高钛基合金在800
‑
850℃高温下的抗高温氧化性能。
[0020]而且，本专利技术方法简单、操作方便、效率高、易于实现。
[0021]可选地，聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为1:0.05、1：0.1或1:0.2。
[0022]优选地，聚二甲基硅氧烷的粘度为20～40mPa.s。
[0023]粘度会影响涂层的厚度，从而影响抗氧化性能。粘度在小范围内提高，厚度提高，抗氧化性能提高，但粘度太高，涂层内应力太大，易剥落，抗氧化性能恶化。
[0024]更优选地，聚二甲基硅氧烷的粘度是23mPa.s。
[0025]可选地，聚二甲基硅氧烷和固化剂可以在溶剂中混合反应。
[0026]优选地，所述溶剂为正己烷、异丙醇或丙酮中的一种或几种。
[0027]更优选地，溶剂为正己烷。
[0028]正己烷与聚二甲基硅氧烷具有更好的相容性。
[0029]可选地，步骤S1中，混合反应温度可以为15～25℃。
[0030]可选地，步骤S1中，可以通过搅拌加快溶解和反应速率，得到前驱体溶液。
[0031]可选地，步骤S1中，所述钛基合金为含铝的钛基合金。所述钛基合金包括但不限于Ti3‑
Al、Ti
‑
50Al、Ti
‑
Al3、Ti
‑
6Al
‑
4V、TiAlNb和Ti
‑
47Al
‑
2Cr
‑
2Nb。更进一步地，所述钛基合金为Ti
‑
50Al。
[0032]可选地，步骤S1中，可通过砂纸打磨钛基合金基体的方式去除表面氧化物。
[0033]可选地，步骤S1中，清洗所用试剂包括但不限于除油液、去离子水，进一步地，所述清洗是采用超声进行多次清洗。更进一步地，所述清洗为依次在除油液和去离子水中超声清洗不少于10min。
[0034]可选地，步骤S3中，热处理可以在空气环境、氩气环境或真空环境中进行。
[0035]优选地，步骤S3中，热处理在真空环境中进行。
[0036]优选地，步骤S3中，热处理温度为700℃
‑
1000℃。更优选地，步骤S3中，热处理温度为800℃
‑
900℃。
[0037]优选地，热处理时间为1～5h。
[0038]优选地，步骤S1中，所述前驱体溶液中还包括金属离子、纳米金属粒子或纳米金属氧化物粒子；步骤S1中，金属离子与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.05～0.5)：1；步骤S1中，纳米金属粒子或纳米金属氧化物粒子在所述前驱体溶液中的浓度为0.01g/100mL
‑
1g/100mL。
[0039]本专利技术通过修饰金属离子以及纳米金属粒子或纳米金属氧化物粒子掺杂可以有效弥补SiOC性能的不足，并调控其关键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、去除钛基合金表面的氧化皮，并清洗、干燥；将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合反应，得到前驱体溶液；S2、将步骤S1处理后的钛基合金浸入所述前驱体溶液中浸涂提拉，将浸涂提拉后的钛基合金固化处理；S3、对步骤S2处理后的钛基合金热处理，冷却后在钛基合金表面得到SiOC复合涂层；其中，步骤S1中，聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为1:(0.05～0.2)；步骤S2中，固化温度为25～150℃，固化时间为1～24h；步骤S3中，热处理温度为700℃
‑
1100℃，热处理时间为1
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5h。2.根据权利要求1所述的一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述前驱体溶液中还包括金属离子、纳米金属粒子或纳米金属氧化物粒子；步骤S1中，金属离子与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.05～0.5)：1；步骤S1中，纳米金属粒子或纳米金属氧化物粒子在所述前驱体溶液中的浓度为0.01g/100mL
‑
1g/100mL。3.根据权利要求2所述的一种钛合金SiOC复合涂层的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍廉奎，李云洋，曹发和，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：