含铝－硅－锌－稀土－铜－铬－锆的热浸镀合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种专用于钛合金零部件表面涂层的热浸镀合金，其中所述热浸镀合金由铝、硅、锌、稀土元素、铜、铬、锆和纳米氧化物颗粒增强剂组成，各组成成份占总质量的百分比为：硅含量：８～２４％，锌含量：１．２～３．１％，稀土元素的含量：０．０２～０．５％，铜含量：０．０５～０．５％，铬含量：０．５～２．０％，锆含量：０．０２～０．５％，纳米氧化物颗粒增强剂的总含量：１～２％，余量为铝以及不可避免的杂质，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自ＴｉＯ２、ＣｅＯ２中的一种或两种，采用本发明专利技术所生产的热浸镀合金，可在钛合金表面形成耐蚀、耐磨性好，与基体冶金结合好的涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金零部件表面涂层用的含铝-硅-锌-稀土 -铜-铬-锆的热浸镀合金及其制备方法。
技术介绍
钛合金具有强度高，耐蚀性强等优点而成为重要的航空材料。钛合金的使用，对减 轻飞机重量，提升飞机性能具有重要意义。然而，钛合金自身虽具有良好的耐腐蚀性能。但 当其与铝合金及合金钢接触时，在应力与环境协同作用下，则易于发生接触腐蚀而导致失 效。 接触腐蚀是一种电偶腐蚀，即异种金属在同一种介质中接触，由于金属电位不同 使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的局部腐蚀。控制接触腐蚀根本措施是通过 合理的选择涂层材料，适当地进行表面改性与表面涂镀层处理，使接触件异种材料的电位 接近，从而降低或消除接触腐蚀。 然而，国内外防止钛合金接触腐蚀虽然取得一定的成果，但目前的手段均存在一 定的问题，主要是采用的涂镀层在环境、应力协同作用下，很容易失去防护效果，钛合金表 面的常规镀覆涂层在接触载荷作用下极易剥落，很容易失去防腐作用，剥落的碎片使接触 零件之间形成磨粒磨损，加剧了零件的失效，因此飞机中大量的钛合金紧固件，迫切需要解 决接触腐蚀导致的失效问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钛合金零部件表面涂层用的热浸镀合金，采用该热浸 镀合金制备的抗接触腐蚀涂层即使在恶劣的环境和应力的作用下，也不会剥落，并且抗接 触腐蚀的性能也大大得以提高，从而彻底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问 题。 本专利技术提供的专用于钛合金零部件表面涂层的热浸镀合金，其中所述热浸镀合金 由铝、硅、锌、稀土元素、铜、铬、锆和纳米氧化物颗粒增强剂组成，各组成成份占总质量的百 分比为硅含量8 24%，锌含量1. 2 3. 1%，稀土元素的含量0. 02 0. 5%，铜含量0. 05 0. 5% ，铬含量0. 5 2. 0% ，锆含量0. 02 0. 5% ，纳米氧化物颗粒增强剂的总含 量1 2%，余量为铝以及不可避免的杂质，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Ti02、Ce02中 的一种或两种。 优选的，如果采用的纳米氧化物增强剂颗粒是均匀的球体颗粒，则球体比表面积和平均粒径满足如下关系式<formula>formula see original document page 3</formula>比表面积二l (W2/g) 其中D代表平均粒径； p代表密度。 如果采用的纳米氧化物增强剂颗粒比一般的球体颗粒形状复杂一些，涂层的性 能、效果可以更加理想，因此，本专利技术进一步优选的纳米氧化物增强剂的比表面积要大于上 述公式计算值 优选的，纳米氧化物颗粒采用Ti02时，所述Ti02的平均粒径为15 60nm。 优选的，纳米氧化物颗粒采用Ti02时，所述Ti02的比表面积为20 90m2/g。 优选的，纳米氧化物颗粒采用Ce02时，所述Ce02的平均粒径为25 70nm。 优选的，纳米氧化物颗粒采用Ce02时，所述Ce02的比表面积为10 80m2/g。 优选的，纳米氧化物颗粒增强剂为Ti(^和Ce(^时，Ti(^和Ce(^质量比为1 : (1 3)。 更优选的，其中1102和Ce(^质量比为1 : 2。 优选的，其中各组成成份占总质量百分比为硅含量12 20%，锌含量1. 5 2.5%，稀土元素的含量0. 1 0. 3 % ，铜含量0. 2 0. 4% ，铬含量0. 8 2. 0 % ，锆含量 0. 1 0. 4%，纳米氧化物颗粒增强剂的总含量1. 2 1. 8%。 另外，本专利技术还提供一种制造所述的热浸镀合金的方法，根据铝、硅、锌、稀土元 素、铜、铬、锆和纳米氧化物颗粒增强剂的质量百分比备料，先在气氛保护熔炼炉内，将铝硅 合金先加热到750 80(TC充分熔化，再升温至845 855。C后加入稀土元素，搅拌均匀，再 加热升温至860 88(TC后加入锌，经降温至750 70(TC再同时加入纳米氧化物颗粒增强 剂及铜、铬、锆，经机械、电磁复合搅拌均匀，再将温度降低到700 65(TC保温20 30分钟 获得的。 其中，所述加热过程中的升温速率为10 40°C /分钟，所述降温过程中的降温速 率为20 60°C /分钟。 本专利技术采用的铝硅涂层是防止钛合金腐蚀特别是高温腐蚀的有效涂层，其中铝主 要提供高温情况下的腐蚀性能及持久的抗腐蚀性能；而硅可以进一步提高涂层的耐磨性、 抗高温腐蚀性提高。 然而，随着硅含量的提高，涂层的韧性有所下降，不利于载荷、介质协同作用的接 触腐蚀，为此，本专利技术通过添加纳米氧化物颗粒增强剂，细化了涂层的晶粒，显著改善了其 韧性，同时显著提高了抗接触腐蚀能力。除此之外，还显著提高了涂层抵抗大气腐蚀、电化 学腐蚀以及气流冲刷侵蚀的能力，并且还显著提高了涂层的强度、硬度，从而赋予涂层更好 的抗冲刷性能。 进一步的，在大量反复实验、筛选后，通过选择合适的纳米氧化物颗粒增强剂的粒 径和比表面积，可以更加显著的提高涂层的抗接触腐蚀能力。除此之外，纳米氧化物颗粒增 强剂的粒径采用本专利技术的数值范围，还可以使涂层的耐磨度大大提高，而纳米氧化物颗粒 增强剂的比表面积采用本专利技术的数值范围，可以使合金的聚集度大大提高，从而更加显著 的提高合金涂层的抗冲刷性能。 另外，涂层中进一步加入的锌提供了非常好的阴极保护性，而稀土则进一步细化 了合金的结晶晶粒，并增强了合金的耐磨性和液体流动性。 在此基础上，进一步添加铜、铬、锆等微合金元素，这些微合金元素的加入可以更加细化晶粒，并加强了涂层中的强化相，还对合金起到了固溶作用，并进一步改善了涂层的 韧性和稳定性，进一步提高了涂层的强韧性和耐腐蚀性。除此之外，铜还可以提高硬度和抗 弯强度，铬还可以提高初期氧化膜的保护性，而锆还可以显著细化晶粒组织，提高涂层力学 性能及抗腐蚀性能。 另一方面，本专利技术还提供了一种采用多温度段添加热浸镀合金元素的方法，采用 该方法，随着温度的提高，可以有利于提高纳米氧化物颗粒增强剂及各种元素的分散性，从 而改善了涂层成分的均匀性，显著地提高了涂层与基体的结合强度。 然而，如果在熔体温度过高的时候加入所有元素，涂层易形成高铝脆性相，不利于 承担接触微动载荷。为此，本专利技术采用先多温度段添加部分热浸镀合金元素，再将温度降低 到一定温度后再添加纳米氧化物颗粒增强剂，最后再降温并保温一定时间，这样就克服了 上述缺陷，获得了成分均匀，韧性较好的涂层。 综上所述，本专利技术通过对合金及其熔炼工艺的改进，可在钛合金表面形成耐蚀、耐 磨性好，与基体冶金结合好的涂层。涂层电位与铝合金等材料接近，可防止钛合金零件与铝 合金、高温合金等航空材料的接触腐蚀。采用该热浸镀合金制备的抗接触腐蚀涂层即使在 恶劣的环境和应力的作用下，也不会剥落，并且抗接触腐蚀的性能也大大得以提高，从而彻 底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题，对进一步扩大钛合金在航空领域的 应用，推动飞机性能的提升具有重要的意义。具体实施例方式本专利技术的专用于钛合金零部件表面涂层的热浸镀合金，其中所述热浸镀合金由 铝、硅、锌、稀土元素、铜、铬、锆和纳米氧化物颗粒增强剂组成，各组成成份占总质量的百分 比为硅含量8 24%，锌含量1. 2 3. 1%，稀土元素的含量0. 02 0. 5%，铜含量0. 05 0. 5%，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种专用于钛合金零部件表面涂层的热浸镀合金，其中所述热浸镀合金由铝、硅、锌、稀土元素、铜、铬、锆和纳米氧化物颗粒增强剂组成，各组成成份占总质量的百分比为：硅含量：８～２４％，锌含量：１．２～３．１％，稀土元素的含量：０．０２～０．５％，铜含量０．０５～０．５％，铬含量：０．５～２．０％，锆含量：０．０２～０．５％，纳米氧化物颗粒增强剂的总含量：１～２％，余量为铝以及不可避免的杂质，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自ＴｉＯ↓［２］、ＣｅＯ↓［２］中的一种或两种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯立新，张敏燕，张平则，
申请(专利权)人：无锡麟龙铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]