本發明涉及材料研究與應用技術領域，具體涉及一種合金表面抗高溫氧化TiAl3-Al復合涂層的制備方法。
背景技術：
鈦合金因具有密度小,比強度、比剛度高,耐腐蝕性能、高溫力學性能、抗疲勞及蠕變性能好等特點,在石油化工、海洋開發、航空航天等領域中應用廣泛,特別是在航空發動機中。目前,在國外先進航空發動機中,高溫鈦合金用量已占其總質量的1/3左右,但受制于使用溫度,鈦合金只能用于制造前端風扇葉片及前幾級壓縮機葉片,而后幾級壓縮機葉片及渦輪盤等高溫部件必須采用高溫合金制造。
研究表明,單純采用固溶強化方法難以獲得同時滿足使用溫度600℃以上及對蠕變抗力和強度要求的鈦合金,有序強化的Ti-Al系金屬具有高比強度、比剛度、高蠕變抗力、優異的抗氧化及阻燃性能,已成為使用溫度600℃以上的高溫鈦合金的候選材料。
目前Ti-Al系金屬仍然處于實驗室研制階段，提高鈦合金抗氧化性能的方法較多,主要有添加合金元素法、預氧化處理法、表面涂層法等,其中表面涂層包括擴散涂層和包覆涂層,包覆涂層是最為常見的高溫防護涂層。TiAl3屬于Ti-Al系金屬間化合物,其Al的原子分數高達75%,具有優異的抗高溫氧化性能。制備TiAl3涂層的常用方法有包覆滲鋁、磁控濺射、冷噴涂等。采用包覆法制備涂層,在冷卻過程中易使涂層產生貫穿性裂紋;而采用磁控濺射法制備涂層,其生產效率低且成本較高;冷噴涂雖然適合噴涂對熱敏感的粉末及基體,但是其對設備要求較高,需要專門的增壓設備,一定程度上限制了其在工程中的應用。
技術實現要素：
本發明旨在針對上述問題，提出一種鈦合金表面抗高溫氧化TiAl3-Al復合涂層的制備方法。
本發明的技術方案在于：
鈦合金表面抗高溫氧化TiAl3-Al復合涂層的制備方法，包括如下步驟：
（1）噴涂氣霧化粉末為純Al粉：粉末平均粒徑為48.8微米，噴涂前將氣霧化粉末放入烘箱中在50℃下保溫6h,以去除粉末中的吸附水，然后噴涂；
（2）以直徑4.5mm×50mm的TC4鈦合金為基體,基體兩端進行倒角，用酒精對基體超聲清洗,然后對基體進行噴砂粗化,再通過高壓氣體對噴砂表面吹洗以去除表面的殘余砂礫；
（3）對步驟2中得到的產物進行噴涂，在基體上制備厚度約300微米
的純Al層,將帶純Al涂層的試樣放入管式爐中,在流動的高純Ar氣的保護氣氛中進行真空熱擴散處理,在610℃下保溫8h后隨爐冷卻至室溫,從而得到TiAl3-Al復合涂層。
（4）將步驟3中得到的產物TiAl3-Al在700℃靜態氧化5h。
其中，所述倒角的弧度為R=2.25mm。
所述噴砂粗化采用120號剛玉砂、在0.2MPa下對基體進行噴砂粗化。
所述步驟3中的噴涂采用低溫超音速火焰。
本發明的技術效果在于：
采用低溫超音速火焰法在TC4鈦合金基體上噴涂純Al層,然后進行惰性氣氛真空熱處理,制備了TiAl3-Al復合涂層，低溫超音速火焰噴涂制備的純Al涂層結構較為致密,但存在少量的微裂紋和氣孔;經熱擴散處理后,純Al層與TC4鈦合金基體之間生成了TiAl3-Al相，TiAl3層與純Al層之間界面處存在少量的孔洞。復合涂層在700℃靜態氧化5h后進入穩態氧化階段。
具體實施方式
鈦合金表面抗高溫氧化TiAl3-Al復合涂層的制備方法，包括如下步驟：
（1）噴涂氣霧化粉末為純Al粉：粉末平均粒徑為48.8微米，噴涂前將氣霧化粉末放入烘箱中在50℃下保溫6h,以去除粉末中的吸附水，然后噴涂；
（2）以直徑4.5mm×50mm的TC4鈦合金為基體,基體兩端進行倒角，倒角的弧度為R=2.25mm，用酒精對基體超聲清洗,然后對基體采用120號剛玉砂、在0.2MPa下對基體進行噴砂粗化,再通過高壓氣體對噴砂表面吹洗以去除表面的殘余砂礫；
（3）對步驟2中得到的產物采用低溫超音速火焰進行噴涂，在基體上制備厚度約300微米的純Al層,將帶純Al涂層的試樣放入管式爐中,在流動的高純Ar氣的保護氣氛中進行真空熱擴散處理,在610℃下保溫8h后隨爐冷卻至室溫，從而得到TiAl3-Al復合涂層。
（4）將步驟3中得到的產物TiAl3-Al在700℃靜態氧化5h。