本发明涉及材料研究与应用技术领域，具体涉及一种合金表面抗高温氧化TiAl3-Al复合涂层的制备方法。
背景技术：
钛合金因具有密度小,比强度、比刚度高,耐腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳及蠕变性能好等特点,在石油化工、海洋开发、航空航天等领域中应用广泛,特别是在航空发动机中。目前,在国外先进航空发动机中,高温钛合金用量已占其总质量的1/3左右,但受制于使用温度,钛合金只能用于制造前端风扇叶片及前几级压缩机叶片,而后几级压缩机叶片及涡轮盘等高温部件必须采用高温合金制造。
研究表明,单纯采用固溶强化方法难以获得同时满足使用温度600℃以上及对蠕变抗力和强度要求的钛合金,有序强化的Ti-Al系金属具有高比强度、比刚度、高蠕变抗力、优异的抗氧化及阻燃性能,已成为使用温度600℃以上的高温钛合金的候选材料。
目前Ti-Al系金属仍然处于实验室研制阶段，提高钛合金抗氧化性能的方法较多,主要有添加合金元素法、预氧化处理法、表面涂层法等,其中表面涂层包括扩散涂层和包覆涂层,包覆涂层是最为常见的高温防护涂层。TiAl3属于Ti-Al系金属间化合物,其Al的原子分数高达75%,具有优异的抗高温氧化性能。制备TiAl3涂层的常用方法有包覆渗铝、磁控溅射、冷喷涂等。采用包覆法制备涂层,在冷却过程中易使涂层产生贯穿性裂纹;而采用磁控溅射法制备涂层,其生产效率低且成本较高;冷喷涂虽然适合喷涂对热敏感的粉末及基体,但是其对设备要求较高,需要专门的增压设备,一定程度上限制了其在工程中的应用。
技术实现要素：
本发明旨在针对上述问题，提出一种钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al复合涂层的制备方法。
本发明的技术方案在于：
钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）喷涂气雾化粉末为纯Al粉：粉末平均粒径为48.8微米，喷涂前将气雾化粉末放入烘箱中在50℃下保温6h,以去除粉末中的吸附水，然后喷涂；
（2）以直径4.5mm×50mm的TC4钛合金为基体,基体两端进行倒角，用酒精对基体超声清洗,然后对基体进行喷砂粗化,再通过高压气体对喷砂表面吹洗以去除表面的残余砂砾；
（3）对步骤2中得到的产物进行喷涂，在基体上制备厚度约300微米
的纯Al层,将带纯Al涂层的试样放入管式炉中,在流动的高纯Ar气的保护气氛中进行真空热扩散处理,在610℃下保温8h后随炉冷却至室温,从而得到TiAl3-Al复合涂层。
（4）将步骤3中得到的产物TiAl3-Al在700℃静态氧化5h。
其中，所述倒角的弧度为R=2.25mm。
所述喷砂粗化采用120号刚玉砂、在0.2MPa下对基体进行喷砂粗化。
所述步骤3中的喷涂采用低温超音速火焰。
本发明的技术效果在于：
采用低温超音速火焰法在TC4钛合金基体上喷涂纯Al层,然后进行惰性气氛真空热处理,制备了TiAl3-Al复合涂层，低温超音速火焰喷涂制备的纯Al涂层结构较为致密,但存在少量的微裂纹和气孔;经热扩散处理后,纯Al层与TC4钛合金基体之间生成了TiAl3-Al相，TiAl3层与纯Al层之间界面处存在少量的孔洞。复合涂层在700℃静态氧化5h后进入稳态氧化阶段。
具体实施方式
钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）喷涂气雾化粉末为纯Al粉：粉末平均粒径为48.8微米，喷涂前将气雾化粉末放入烘箱中在50℃下保温6h,以去除粉末中的吸附水，然后喷涂；
（2）以直径4.5mm×50mm的TC4钛合金为基体,基体两端进行倒角，倒角的弧度为R=2.25mm，用酒精对基体超声清洗,然后对基体采用120号刚玉砂、在0.2MPa下对基体进行喷砂粗化,再通过高压气体对喷砂表面吹洗以去除表面的残余砂砾；
（3）对步骤2中得到的产物采用低温超音速火焰进行喷涂，在基体上制备厚度约300微米的纯Al层,将带纯Al涂层的试样放入管式炉中,在流动的高纯Ar气的保护气氛中进行真空热扩散处理,在610℃下保温8h后随炉冷却至室温，从而得到TiAl3-Al复合涂层。
（4）将步骤3中得到的产物TiAl3-Al在700℃静态氧化5h。