[发明专利]一种钛合金热加工用表面防护涂料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体地说是涉及一种在钛合金加工过程中对其表面具有防氧化保护和自剥落能力的防护涂料。

背景技术

钛合金具有密度低、高温强度好、抗蠕变能力强和熔点高等优点，目前已成为航空航天工业和高科技产品的热点材料。但是在高温热处理过程中，钛合金表面和大气中的氧发生氧化反应，在其表面形成一层氧化皮和硬而脆的表面渗层，这不仅使占投料量2.2%以上的钛合金损失掉，而且还会给后序热加工造成很大困难，甚至使整个合金工件报废。因此，在热加工过程中防止钛合金氧化是提高其产品质量和材料利用率的有效手段。涂层保护技术是解决这一问题的少数有效方法之一，比起真空保护技术和惰性气体保护热加工技术，它具有涂敷工艺简单、保护效果显著、成本低、适用于大工件的热加工等优点。

然而，我国对钛合金热加工用保护涂层的研制并不理想，并且现有的用于制备钛合金防氧化涂层的初始原料都是分析纯或工业纯的金属氧化物和非金属氧化物，而且，为了达到低温及软化的效果，通常在涂层组分中添加一定量的对环境有害的铅元素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业废弃物硼泥和废玻璃为原料制备的钛合金高温防护涂料。该涂料可直接刷涂在钛合金工件表面上，并在热加工过程中形成高温防护层，达到减少钛合金的氧化烧损，提高出材率及钛合金表面质量的目的；同时涂层具有在热处理完成后的冷却过程中从钛合金表面自剥落的能力。

本发明另一目的在于提供所述钛合金热加工用防氧化涂料的应用。

本发明采用的技术方案是：一种钛合金热加工用表面防护涂料，由以下原料按重量份配比制成：

水玻璃粘结剂   10份、

工业废料       5～10份、

辅助填料       4.5～10份。

其中，所述的水玻璃粘结剂为按重量百分比，含0.5-1.5%的聚丙烯酸钠和3-7%的Na₂SiO₃·9H₂O的水溶液。

所述的工业废料为硼泥粉和废玻璃粉按质量比1:（2～4.5）的混合。其中，硼泥粉和废玻璃粉是将工业废弃物硼泥和废玻璃分别粉碎、球磨、过100目筛，取筛下物，分别得到硼泥粉和废玻璃粉，即可使用。

所述的辅助填料是氧化钙、二氧化钛和钠长石，按质量比1:（1～1.5）:（2～6）的混合。氧化钙和二氧化钛过200目筛，取筛下物，钠长石过100目筛，取筛下物。

上述钛合金热加工用表面防护涂料的制备方法是：按上述水玻璃粘结剂、工业废料和辅助填料的配比取料，原料在球磨罐中，经行星式湿法球磨1～2小时即可制备出均匀的料浆。

一种在钛合金表面制备涂层的方法：采用合适的刷涂方法将上述涂料涂刷在经过净化的钛合金工件表面上，将涂敷后的钛合金样品放在空气中自然风干1～2小时，再放入100℃的鼓风干燥箱中干燥1～2小时。

该涂层可在高温作用下形成连续的保护涂层，有效降低钛合金在热加工过程中的高温氧化烧损，而不改变钛合金工件基体原有性能。

合适的刷涂方法，是指涂敷的时候刷笔要做到单一方向刷涂，不要来回刷涂，保证涂层没有气泡、涂敷均匀。涂层的厚度大约150～300μm，可以通过多次刷涂来控制涂层厚度。

净化金属基材表面，是指去除了那些自然形成的覆盖物从表面显露出金属自然色泽和表面晶体结构的表面。其主要内容就是选择适当的方法去除自然覆盖物，达到与所要求的清净度。本技术要求金属基材的表面光洁度为600^#，并且表面无油脂、锈迹、污物等。（例如：采用砂纸打磨工件表面以去除表面覆盖物，并达到相应表面光洁度；再用酒精或丙酮清洗工件表面油污等。）

本发明的有益效果是：

1.绿色环保，成本低廉。本发明的钛合金热加工用表面防护涂料，所选用的大部分原料是工业废弃物和矿物原料，实现了废弃物的资源化利用，变废为宝，缓解了环境污染问题，同时降低了涂料的成本；另外，本涂层在不含有害元素铅的前提下，可以在500～900℃的温度区间为钛合金提供良好的防氧化保护。

2.工艺简单，适用范围广。由于该涂料是以水基水玻璃为粘结剂，以100目以下的粉体为骨料或辅助填料内含于粘结中，像油漆那样刷涂在经过预处理的金属表面上，自然风干，常规低温干燥形成涂层。它不需要昂贵的设备，且工艺简单，并且对工件的形状和大小都无任何限制；另外，该工艺无毒、无污染，可以适用绝大多数环境。