[发明专利]一种钛合金液态成型封装陶瓷中保护剂

说明书

本发明提供了一种钛合金液态成型封装陶瓷中保护剂，由质量百分比为82.5％～90.3％的四元系基质和质量百分比为17.5％～9.7％的CaFsubgt;2/subgt;制成，所述四元系基质为MgO+NaF+MgFsubgt;2/subgt;+CaO。且四者的质量比为MgO：NaF：MgFsubgt;2/subgt;：CaO为40％～44％:28％～32％:14％～18％:10％～14％。该保护剂采用MgO+NaF+MgFsubgt;2/subgt;+CaO四元系作为基质，能够有效的去除钛合金表面氧化物膜，并防止二次氧化，所得产物密度较低可浮于表面，并在其中添加了CaFsubgt;2/subgt;，可控制保护剂粘度，增加界面润湿性，增强连接性能，能够有效的保护钛合金液态成型过程。

技术领域

本发明涉及保护剂领域，具体地说是一种钛合金液态成型封装陶瓷中保护剂。

背景技术

金属液态成型技术具有生产效率高，经济指标优良等优点，在机械制造业中占有重要地位，被广泛应用于航空航天、汽车，通信电子等领域。其年用量增长速率，普通铸件为18％，精密铸件为25％。而钛合金具有高强、高韧和耐高温等优良特性，在航空、航天、武器装备等领域得到广泛的应用。钛及其合金由于具有比强度高、耐热腐蚀、稳定性好及无磁性等优异性能，短时间内就成为航空航天、能源、化学领域等不可缺少的材料，被誉为“太空金属”。高强度的钛合金铸件性能甚至优于锻件。

在航空航天领域中，火箭发动机的制造对高温结构材料有着更高的性能要求，超高温陶瓷材料具有优良的耐高温和抗氧化性能，满足火箭发动机工作环境需求，然而陶瓷材料固有的硬度和脆性使其难以加工并直接应用于发动机部件，因此，实现陶瓷材料与钛合金结合的钛合金陶瓷复合结构显得尤为重要，该结构接既能实现复杂形状构件的轻量化，又能保证构件的高温性能，可以满足航空航天领域苛刻的高温服役需求。具体地说，就是在钛合金基板表面加工出等距分布地陶瓷孔，其中填充陶瓷，再用液态钛合金浇注成型制得钛合金陶瓷复合结构，从而保证火箭发动机高温使用环境的性能需求，又尽可能保证轻量化。

在钛合金陶瓷复合结构的浇注成型过程中，需要对钛合金基板进行预热，减小金属液与基板温差，提升成型能力，否则会影响液态合金与基板之间的连接，使得连接界面不牢固。液态钛合金与陶瓷表面可以形成稳固的连接，但是钛合金性质活泼，易发生氧化现象，钛合金基板表面存在一层氧化膜，使得液态钛合金与钛合金基板之间无法形成良好连接，成型性能差，若氧化程度过高，甚至会影响钛合金与陶瓷之间的连接，并且在钛合金基板预热以及真空浇注过程中，炉中残余的氧依然可能使得钛合金产生氧化现象，而航空航天部件对成型件性能要求高，因此需要使用一种可以去除表面膜物质的保护剂。在浇注前对基板和保护剂进行预热，保护剂熔化去膜，并防止钛合金与残存的氧发生反应，生成产物与保护剂本身均可上浮并覆盖于钛合金表面，易去除的同时可防止产生二次氧化，实现液态钛合金与钛合金基板间的良好连接，有效地保护预热及钛合金封装陶瓷液态成型过程，得到高质量成型件，满足航空航天的高性能要求。

在钛合金陶瓷复合板的成型过程中，涉及液态钛合金封装陶瓷，其中需要使用保护剂，其主要作用是去除钛合金表面的氧化膜。去除钛合金表面氧化膜的主要方法为先碱洗后酸洗的方式，或者直接使用砂纸打磨表面氧化膜，但是该方法工序复杂，生产效率低，并且基板在预热过程中可能与炉中残存的氧发生二次氧化，影响连接性能。保护剂基质主要起去膜作用，熔融保护剂与钛合金表面TiO₂发生反应，去除表面氧化膜，F^-可以溶解表面氧化膜，加速氧化膜与基体的脱落，致使膜破裂，去除膜成分，并且生成物密度较低，可上浮于钛合金表面，防止液态合金在浇注过程中发生二次氧化。CaO与熔融钛化学稳定性好，并且保护剂中的熔融的CaF₂可增加界面润湿性，同时控制保护剂粘度，使其更好地与表面氧化膜进行反应去膜。

但是目前关于钛合金高温环境下使用的钎剂研究内容较少，并且钛合金钎焊所使用的铝基钎料钎焊温度低，质量较轻，并且疲劳性能差，钯基钎料中的钯作为贵金属，应用较少并且对人体有害，而且钛合金钎料无法起到良好的去膜效果。