[发明专利]一种钛合金电化学氧化后低温玻璃封接工艺

说明书

本发明公开了一种钛合金电化学氧化后低温玻璃封接工艺，包括以下步骤：（1）对钛合金进行常规脱脂处理；（2）选用软化温度为430~460℃、封接温度为520~540℃、热膨胀系数8.5~10.0×10^‑6/（25~300℃）、电阻率大于10¹⁴Ω·cm的低温封接玻璃，按常规方法将其制备成玻璃坯；（3）在20℃条件下，以浓度为150~200g/L的硫酸溶液作为电解液，脱脂后的钛合金作为阳极，铅板或石墨板作为阴极进行电解氧化；（4）氧化内导体工件；（5）玻璃封接。本发明采用降低玻璃封接温度范围，在空气氛围下进行烧结，其封接工艺简单，成本低，并且工艺过程易控制。

技术领域

本发明属于钛合金玻璃封接技术领域，具体涉及一种钛合金电化学氧化后低温玻璃封接工艺。

背景技术

空间和水下使用的电连接器通常要求具有气密封、水密封等性能。钛材具有耐海水腐蚀性能，比强高，无磁等特点，是一种理想的舰船结构材料，国内外对钛材在舰船中的应用进行了大量研究。特别是60年代末，达到实船使用阶段，如前苏联用钛材建造攻击性核潜艇，是一典型应用事例，为此开发了JIT-IM，JIT-TM，37，5B和23A等许多牌号的钛合金，我国船舰用的钛合金主要有TA2，TA3，TA5和TA4。另外，国内外许多人造卫星，尤其是一些高分辨率，高清晰度的高性能卫星，如侦察卫星，资源卫星等都采用钛合金铸件。对于航空，航天工业来说，理想的高温材料应具有高的比强度和高的比刚度。钛是比强度最高的金属，因此得以广泛使用。

钛的热膨胀系数为(9.41～10.03)×10^-6/℃；常规的钛合金密封是在1100℃左右，在氩气保护条件下，以石墨模具定位支撑，与玻璃体高温下进行界面扩散形成。可伐合金、不锈钢等材质与玻璃体封接前需要形成人为氧化膜，但钛合金与玻璃封接与此不同的是，钛合金高温玻璃封接前只有几纳米自然氧化膜，封接主要依靠高温下钛原子夺取玻璃体中氧形成化合物界面。钛合金在氩气保护下高温烧结，存在能耗大、氩气消耗成本高、模具石墨与钛合金接触位置发生化学反应形成碳化钛而粘结在一起，取件时破坏模具而钛合金表面粘附石墨粉等不足。

钛在低于800℃时，短时间内可形成紧密粘附于其表面的氧化膜，而在高温下则会形成多孔的、缺乏粘附力的氧化膜；氧作为溶质特别是在高温条件下很容易溶入钛中，而少量的O₂溶入Ti中便可明显地改变Ti的性能。在1000℃左右，钛在极低的氧分量(氧的压力为10^-30～10^-42个大气压)存在下形成的氧化膜厚度达1000nm，但从金属表面易剥脱，即使在低于800℃时也不能消除疏松氧化过程；所以即使使用真空炉烧结，在如此低的氧分压下防止过度氧化，也几乎是不可能和不现实的，这也是高温下必须使用氩气保护的原因。

钛氧化物与其底层金属的结合明显地依赖于氧化物与金属间形成的化学键；钛在高温时形成疏松的TiO₂膜，氧和钛离子可通过此膜扩散，氧化膜下的金属表面继续氧化，致使氧化膜增厚。阳离子通过氧化膜向外扩散的结果是使金属内部出现晶格缺陷，若不阻止这些晶格缺陷的形成，氧化膜则将发生剥脱。因此，氧化物中应力的增长是这一过程的结果，而阳离子通过氧化膜向外扩散伴随着金属内部晶格缺陷的形成，是导致氧化膜脱落的真正原因。所以，形成一个确定的氧化膜并在封接过程中稳定对钛合金的封接是至关重要的。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种钛合金电化学氧化后低温玻璃封接工艺，可有效解决现有技术中封接温度高，封接前钛合金形成的氧化膜结合力不够，易脱落等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钛合金电化学氧化后低温玻璃封接工艺，包括以下步骤：

(1)对钛合金进行常规脱脂处理；