一种改善高Nb-TiAl合金高温抗氧化性能的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114657501A(43)申请公布日2022.06.24(21)申请号202210189090.8(22)申请日2022.02.28(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号(72)发明人王永胜于盛旺穆雁洵(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101专利代理师王思俊(51)Int.Cl.C23C8/10(2006.01)C23C8/02(2006.01)C22C14/00(2006.01)C22C30/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种改善高Nb-TiAl合金高温抗氧化性能的方法(57)摘要一种改善高Nb‑TiAl合金高温抗氧化性能的方法，属于高Nb‑TiAl合金表面抗高温氧化领域。其特征是通过氟化钠溶液对高Nb‑TiAl合金表面处理，再对样品进行高温氧化处理使其表面生成氧化物膜，提高高Nb‑TiAl合金长期抗氧化性能。具体方法和工艺为：高Nb‑TiAl合金表面通过氟化钠水溶液处理15s‑30s，其中，氟离子浓度为0.08‑0.12mol/L；随后先用去离子水清洗其表面、再用酒精清洗后烘干；在热处理炉中，将温度升高到900℃‑950℃进行氧化处理3h‑5h，使其表面生成致密的氧化铝膜。本发明工艺简单、易工程应用。CN114657501ACN114657501A权利要求书1/1页1.一种改善高Nb‑TiAl合金高温抗氧化性能的方法，其特征在于包括下述步骤：采用氟离子浓度为0.08‑0.12mol/L的氟化钠水溶液对高Nb‑TiAl合金进行氟处理30‑60s，用去离子水清洗高Nb‑TiAl合金表面5‑10min，再用酒精清洗5‑10min，吹风机吹干；所述合金成分为：Al含量为：(43~46)at.%；Nb含量为：(6~10)at.%；W含量为：(0.3~1)at.%；B含量为：(0.3~1)at.%；Y含量为：(0.3~1)at.%，其余为Ti元素，合金的原始组织为铸造态、锻压态、轧制态或3D打印态；（2）将温度升高到900℃‑950℃进行氧化处理3h‑5h，使氟离子促进α‑Al2O3形成连续膜、钠离子促进Al2O3和TiO2生成Al2TiO5，Nb‑TiAl合金表面获得致密的Al2O3膜；并在长期氧化过程中，Al2O3膜下面原位生成富含铌元素的过渡层，从而提高了表面氧化物膜与高Nb‑TiAl合金的结合性能。2CN114657501A说明书1/3页一种改善高Nb‑TiAl合金高温抗氧化性能的方法技术领域[0001]本发明属于金属间化合物高温结构材料领域，具体涉及改善高Nb‑TiAl合金表面抗高温氧化性能的方法。背景技术[0002]发动机的推重比随飞机重量减轻而增加，发动机作为航天飞行器核心部件直接影响飞机的总体重量，高推重比的飞机发动机受到各个国家发动机制造商的追捧。γ‑TiAl合金由于轻质、高温强度高、高温蠕变良好等，成为高推重比飞机发动机叶片和低压涡轮叶片的重要材料，在航空航天领域具有重要的应用价值。但其高温抗氧化性不足是阻碍其实际工业应用的主要问题之一。高Nb‑TiAl合金(Nb含量~5%‑10%、Al含量~43%‑49%)作为γ‑TiAl合金系的新成员，具有更优异的综合性能。例如，与普通γ‑TiAl相比，Ti‑(43‑45)Al‑(8‑10Nb)‑(W,B,Y)合金，熔点高出~100℃、900℃下的屈服强度高出~150MPa、高温抗蠕变性能提升~2‑10倍、750℃‑800℃抗氧化性能良好。因此，高Nb‑TiAl合服役温度比普通γ‑TiAl合金提高100℃。然而，该合金在其服役温度同样面临抗氧化性能不足的问题，导致该材料实际工作温度远低于目标服役温度，高温力学性能优点得不到充分发挥，限制了其在航空航天等领域的实际工程应用。因此，研究高Nb‑TiAl合金表面高温防护涂层制备及其高温抗氧化机理，不仅为高性能、高可靠性航空发动机零部件的设计与制造提供理论参考，而且可以推动该合金在航空航天等领域的工程应用。[0003]从工程应用效果上，只要γ‑TiAl合金表面膜或涂层服役过程中能起抗氧化功能、且保证与基材的结合性能，就能对TiAl基材形成保护作用。德国学者Schütze等人研究了注入卤族元素对TiAl合金氧化性能的影响。在氧化膜/基体界面处，离子注入的卤族元素首先与Al发生反应，生成热力学稳定的卤化铝。虽然离子注入是在低温下进行处理，对基体影响较小，但注入量和深度十分有限高温下容易发生退化，虽然离子注入是在室温进行，对基体影响较小，但注入量和深度十分有限高温下容易发生退化，且离子注入设备价格昂贵、不能处理零部件沟槽及复杂形状部位。实际应用的叶片形状比较复杂，且随着TiAl合金