摘 要
钛合金由于具有高强度、低密度、优良的抗腐蚀能力等优点,被广泛应用于航空航天、化工、船舶等领域。钛合金构件在高温热加工过程中的氧化问题非常严重,表面生成的氧化皮会对材料的塑性和韧性造成严重损害。因此,方便廉价地解决钛合金的表面防氧化问题十分重要。本文利用高温固相反应法制备了钛合金高温防氧化用玻璃-陶瓷涂层,在保证防氧化效果的前提下,制备了在热处理使用后自剥落和非自剥落的两种玻璃-陶瓷涂层。对涂层的防氧化效果、微观形貌、物相结构和剥落性等进行了表征和研究,另外,对涂料中采用的新型粘结剂也进行了深入研究。
在500?1000 °C的温度范围内,所制备涂层能对钛合金基体提供有效的防氧化保护。随温度升高,涂层逐渐软化熔融,铺展于钛合金基体上,阻止合金与高温炉气的接触。两种系列的涂层在600 °C之上均呈现很好的高温稳定性,对涂层高温下的防氧化非常有利。对基体横截面的元素扫描表明,涂层在保证良好防氧化效果的同时,对基体的玷污也很微小。
对于自剥落型涂层,从室温至700 °C之间,涂层中物相主要以A1203为主,从900°C开始,涂层中Ti02逐渐增多,各种硅酸盐、钛铝、硅铝化合物等出现在涂层中,使得涂层具有较好的高温流动性和高温稳定性。对涂层的成分分析表明,在设计涂层配方时可适当增加涂层中Si02、A1203、Ti02的含量,以提高涂层的防氧化效果和使用寿命。对于非自剥落型涂层,从室温至700 °C之间,涂层中物相主要以A1203和Si02为主。随温度升高,涂层中陆续出现硅铝钙、硅铝钠化合物或硅酸盐化合物,涂层的致密性和粘度增加。可适当增加涂层中Si02、A1203的含量,以提高涂层的使用温度和寿命。Na20和CaO的含量应适当,特别是Na20含量一般不超过18%。
采用新型聚丙烯酸钠/硅酸钠复合粘结剂和KH550粘结剂所制备的涂层在热处理时均能对钛合金基体提供有效的防氧化保护。对于聚丙烯酸钠/硅酸钠粘结剂,温度到达700 °C时粘结剂的失重趋于平稳,呈现高温稳定,且粘结剂中适量聚丙烯酸钠的加入有利于增强涂层的fl剥落性能。对于KH550粘结剂,粘结剂在600 °C之后体系呈现高温稳走,该涂层在热处理后的剥落性很好。
关键词:钛合金;玻璃-陶瓷涂层;防氧化;剥落性;粘结剂
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