[发明专利]钛合金用碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料

说明书

技术领域

本发明属于金属用高温防氧化涂料技术领域，主要涉及一种钛合金用碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料。

背景技术

钛合金具有比重轻、比强度高、抗腐蚀能力强、中温性能稳定等突出特性，因此被广泛应用于航空航天及化学领域。但是，在高温下使用的钛合金的氧化和氧脆成为影响其稳定性的主要因素。钛合金在500℃以下，钛的氧化膜能牢固附着在钛合金的表面，阻止氧继续向内扩散，但当高于700℃时，氧化膜完全失去保护，氧化的不良后果不单单是形成氧化皮，在生成氧化皮的同时还会产生合金中合金元素的贫化，合金表面化学成分的改变又会引起合金塑性和韧性性能的下降，使合金变脆，引起灾难性的事故。因此，抗氧化性差是影响钛合金广泛应用的因素之一，提高抗氧化性成为钛合金研究的一个主方向。目前玻璃-陶瓷涂料已广泛应用于钛合金的热处理过程中，具有防氧化和润滑等作用。国内也有一些单位进行这方面的研究工作，而已研制的涂料多以铝硅酸盐涂料为主。由Al₂O₃-SiO₂相图可知，铝硅系为主体的涂料防护温度均不超过1200℃，难以实现低温至高温全温度范围的防氧化问题，这在一定程度上限制了钛合金的高温应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在具有较低的软化起始温度(500℃)这一前提条件下可高温使用的碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料。本发明采用高温固相反应法制备涂料粉体，然后与碳化硅粉末混合，加入有机粘结剂制得涂料料浆。可通过改变具有不同线膨胀系数的玻璃料之比来调整涂料的线膨胀系数，以此改变涂料的自剥落性能。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种钛合金用碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料，是通过高温固相反应法制得的硅酸盐玻璃细粉过200～700目筛、碳化硅粉末过200～700目筛及有机粘结剂混合而成的涂料料浆，其特征在于：

各组分的质量分数wt.％为：玻璃粉体20～35％、碳化硅粉末2～7％、粘结剂58～78％；

所述硅酸盐玻璃粉体的原料配比的质量分数wt.％为：SiO₂35～50％，Al₂O₃2～5％，H₃BO₃ 25～40％，CaCO₃ 3～10％，Na₂CO₃ 10～17％，MoO₃ 0～3％，TiO₂ 0～5％。

所述钛合金用碳化硅掺杂玻璃-陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)高温固相反应法制备硅酸盐玻璃粉体：先将一定配比的硅酸盐玻璃料进行球磨混合15-20h，然后在高温熔炉中加热至1200-1500℃下保温2～5h，迅速将高温玻璃熔体倒入冷水中冷激、粉碎成细玻璃粒，再将玻璃粒球磨15-24h后，经200～700目筛筛分得到玻璃粉体；

(2)将碳化硅粉末经200～700目筛筛分；

(3)按一定配比将玻璃粉体、碳化硅粉末、有机粘结剂电磁搅拌混合2-4h制成涂料料浆悬浮体；

将制得的涂料料浆悬浮体，采用刷涂、浸涂、喷涂等方法将涂料料浆涂敷在清洗干净的钛合金试样上，干燥后进行热加工即可。

步骤(1)中，所述硅酸盐玻璃料的成分配比，其质量分数wt.％为：SiO₂35～50％，Al₂O₃ 2～5％，H₃BO₃ 25～40％，CaCO₃ 3～10％，Na₂CO₃ 10～17％，MoO₃ 0～3％，TiO₂ 0～5％；

步骤(3)中，各组分的质量分数wt.％为：玻璃粉体20～35％、碳化硅粉末2～7％、粘结剂58～78％。其中，粘结剂可选用市售普通粘结剂。

进一步的，所述粘结剂成分配比：含有0.85wt.％的聚丙烯酸钠、5wt.％的Na₂SiO₃·9H₂O和94.15wt.％的蒸馏水，其中聚丙烯酸钠的分子量为4000。

进一步的，所述步骤(1)中的球磨以水为助磨剂，球磨机正反各交替运行0.5h为一个周期，两个周期之间间隔0.1h，球磨转速为350～450r/min。

更进一步的，所述球磨转速为424r/min。

更进一步的，所述步骤(1)中高温熔炉中所述硅酸盐玻璃料的熔炼过程为四个阶段：