CN106591626A - 一种ta18钛合金复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TA18钛合金复合材料，该材料由TA18钛合金基底与高熵合金层构成；本发明还公开了这种复合材料的制备方法：将高熵合金的构成元素按比例配料，然后在激光的作用下熔敷在TA18钛合金的表面。这种复合材料不仅具备钛合金高比强度的优点，还能够在高温环境下使用，弥补了传统钛合金的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及TA18钛合金复合材料领域，具体涉及一种TA18钛合金复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
钛合金是一种性能优异的金属材料，其密度低、强度高，在所有金属中其比强度是最高的。因而，钛合金在国防、航空航天等领域得到了广泛应用。但是，钛合金的耐高温性能不好，在高温下，钛合金非常容易氧化，因而限制了其应用。
公开号为 1789486的发明专利提供了一种钛铝合金的抗氧化处理方法，依次包括以下步骤：提供一具有待处理的钛铝合金表面的物体，在该钛铝合金表面形成一铝薄膜；对该钛铝合金表面进行扩散处理以在其表面形成一TiAl3层。本发明操作简单、可行性高，能有效提高钛铝合金的高温抗氧化性能。
公开号为104947107A的发明专利提供了一种钛及钛合金表面抗氧化耐磨损复合涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域。该复合涂层由内层隔氧层和外层耐磨抗氧化层组成；隔氧层为富铝的渗铝层，其主要成分为TiAl3，耐磨抗氧化层为成分是Al2O3和TiO2的高硬度陶瓷。该方法包括1、钛或钛合金表面预处理；2、钛或钛合金表面渗铝处理；3、钛或钛合金表面微弧氧化处理。该方法简单，适合工业化使用；该复合涂层抗高温氧化性能要好于现有防护涂层，解决了普通渗铝形成贯穿性裂纹和喷涂层结合力低的问题，解决了钛合金普通微弧氧化硬度不足、氮化改性层较薄等问题，满足大部分钛合金零部件对耐磨性的要求。
公开号为103103593A的发明专利公开了一种铝、镁、钛或其合金的表面陶瓷氧化方法，涉及一种金属及其合金的表面陶瓷氧化技术领域，将以铝、镁、钛或其合金为材料的工件放在电解液中，以所述工件为阳极，在其周围附加阴极，在阳极和阴极之间加以500V电压，同时以激光束在工件表面进行扫描，从而在工件表面氧化出原位自生成陶瓷膜。采用该发明方法可在铝、镁、钛或其合金表面原位自生氧化出陶瓷膜，从而对以铝、镁、钛或其合金为材料的工件进行强化，提高其耐磨性与耐腐蚀性。
公开号为105543798A的发明专利提供了一种提高钛基合金抗高温氧化性能的方法，包括以下步骤：1)去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)采用离子注入法向钛基合金基体中注入特征离子；特征离子为Cr、Y、Nb、F、Cl离子中的一种或任意几种；3)按比例将无水乙醇、水和前躯体硅酸烷基酯混合，然后调混合体系pH至2.0～6.0，室温下搅拌得到前躯体溶液；4)在两电极槽中加入配好的前躯体溶液，以注入了特征离子的钛基合金为阴极，铂片或石墨作为对电极，进行电沉积，沉积完成后将工作电极水洗后烘干，得到微纳米氧化物涂层；5)将覆盖有微纳米氧化物涂层的钛基合金在空气中热处理，得到抗高温氧化涂层，显著提高了钛基合金的抗高温氧化性能。
公开号为105603483A的发明专利公开了一种钛基合金抗高温氧化涂层的制备方法，包括以下步骤：1)首先去除钛基合金基体的表面氧化物，然后清洗、干燥；2)按比例将无水乙醇、水和前躯体硅酸烷基酯混合，用酸调混合液pH至2.0～6.0，室温下搅拌2～48h，得到前躯体溶液；3)在两电极槽中加入配好的前躯体溶液，以钛基合金基体作为工作电极，铂片或石墨作为对电极，电极间距控制在1-10cm，控制电流密度为-0.1mA·cm-2～-5.0mA·cm-2，沉积时间为30s～2000s，水洗后于40～150℃烘干，得到微纳米氧化物涂层；4)将覆盖有微纳米氧化物涂层的钛基合金在空气中于600～700℃下热处理10～60min，即制得钛基合金抗高温氧化涂层。该发明制备工艺简单，获得的涂层与基体之间具有优异的结合力，可显著提高钛铝合金高温抗氧化性能。
以上方法能够提高钛合金的高温使用性能，但是一般都降低了材料表面的力学性能。
发明内容
发明目的：为了提高钛合金的使用温度，本发明所要解决的技术问题是提供了一种TA18钛合金复合材料。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种TA18钛合金复合材料的制备方法。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种TA18钛合金复合材料的应用。
常规的钛合金的使用温度不能超过650摄氏度，而本发明采用激光熔敷的方法，制备钛合金-高熵合金复合材料，能够将钛合金的使用温度提高到800摄氏度以上。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种TA18钛合金复合材料，该合金由TA18钛合金基底与高熵合金层构成。
作为优选，高熵合金按原子百分比包括如下组分：Ti：V为1：1.5~2，V：Cr为1：0.9~1.1，V：Al为1：0.9~1.1，V：Mn为1：0.9~1.1。
作为优选，上述高熵合金层的厚度为100-5000微米。
上述的TA18钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）按照上述的高熵合金元素比例准备粉末状原料，并混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用激光器在TA18钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
上述的TA18钛合金复合材料在航空航天、交通工具等方面的应用。
有益效果：本发明具有以下优点：采用本发明的方法可以制备一种TA18钛合金复合材料，能够将钛合金的使用温度提高到800摄氏度以上，远高于常规钛合金的使用温度（一般低于650摄氏度）。这是由于高熵合金层具有优异的高温性能，能够保护内部的钛合金不被氧化。并且，由于高熵合金具有极高的硬度与强度，因此，本发明比采用涂料表面保护的钛合金的表面硬度、强度更高。本发明在没有损失钛合金表面强度与硬度的情况下，提高了钛合金的高温性能。本发明的高熵合金没有采用较为昂贵的稀土元素，成本低，效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的举例说明。
实施例1：TA18钛合金复合材料的制备
1）按照Ti：V：Cr：Al：Mn =1：2：1.8： 2.2：1.8的原子比为配制金属粉，混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
实施例2：TA18钛合金复合材料的制备
1）按照Ti：V：Cr：Al：Mn=1：1.5：1.5：1.5：1.6的原子比为配制金属粉，混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.5mm，扫描间距1.5mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
实施例3：TA18钛合金复合材料的制备
1）按照Ti：V：Cr：Al：Mn =1：2：1.9：2.1：1.9的原子比为配制金属粉，混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
实施例4：TA18钛合金复合材料的制备
1）按照Ti：V：Cr：Al：Mn =1：2：2.2：1.8：2.2的原子比为配制金属粉，混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
实施例5：TA18钛合金复合材料的制备
1）按照Ti：V：Cr：Al：Mn =1：2：1.9：1.8：2.1的原子比为配制金属粉，混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，去除氧化层、清洗干净表面；
3）在惰性气氛中使用二氧化碳激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
抗高温氧化性能对比研究：将实施例1-5与TA18钛合金在800摄氏度的氧化气氛保温24小时，取出后发现TA18钛合金的表面产生53微米氧化层，且表面有裂纹，无法对基体产生较好的保护，因此随着时间的进行，TA18合金还会继续氧化；而实施例1-5的表面都形成了致密的氧化膜，氧化膜的厚度依次为7、6、8、9、7微米，由于保护膜非常致密，因此可以对基体进行很好的保护。实验后TA18比实验前增重10.8毫克/平方厘米，而实施例1-5的增重分别为2.3、2.7、3.1、3.5、2.8毫克/平方厘米，可知本发明的材料具有更好的耐高温、抗氧化性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种TA18钛合金复合材料，其特征在于，该材料由TA18钛合金基底与高熵合金层构成。
2.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金由钛、钒、铬、铝、锰元素构成。
3.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金的厚度为100-5000微米。
4.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金层的成分配比按照原子百分比组成为：Ti：V为1：1.5~2，V：Cr为1：0.9~1.1，V：Al为1：0.9~1.1，V：Mn为1：0.9~1.1。
5.根据权利要求4所述的一种TA18钛合金复合材料，其特征在于，所述的高熵合金采用激光熔敷的方法制备。
6.权利要求1~5任一项所述的TA18钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照上述的高熵合金元素比例准备粉末状原料，并混合均匀；
2）准备TA18钛合金基体，清洗干净表面；
3）使用激光器在钛合金表面熔敷高熵合金，具体参数为：激光器扫描速度3mm/s，光斑直径为2.8mm，扫描间距1.6mm，送粉速度为2g/min，直到最终熔覆层与基体结合良好；
4）空冷，由此得到TA18钛合金-高熵合金复合材料。
7.根据权利要求6所述的TA18钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述激光器为CO2激光器。
8.权利要求1~5任一项所述的TA18钛合金复合材料在航空航天、交通工具等方面的应用。
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| CN104651828A (zh) * | 2013-11-22 | 2015-05-27 | 沈阳工业大学 | 一种铁基合金表面制备高熵合金基复合材料改性层用粉料 |
| CN105506613A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-20 | 济南大学 | 一种高熵合金涂层的制备方法 |
| CN105862036A (zh) * | 2016-06-25 | 2016-08-17 | 芜湖三刀材料科技有限公司 | 一种铁基表面高熵涂层及制备方法 |
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-
2016
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