本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鈦合金由于具有高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)良的耐腐蝕能力和復(fù)合結(jié)構(gòu)兼容性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、化學(xué)、船舶等領(lǐng)域。鈦合金熱加工過程的氧化是棘手的工程問題，如超塑成形/擴(kuò)散連接、等溫鍛造、板料熱旋壓等在900℃左右進(jìn)行，成形時(shí)間在2h左右。在鍛造加熱過程中，實(shí)際爐內(nèi)坯料的表面受熱溫度常常接近1000度，鈦合金因氧化而在表面生成硬而脆的氧化層，嚴(yán)重影響鍛造成形，且對(duì)成形零件的塑性和韌性造成損害，去除這個(gè)氧化層不僅費(fèi)力耗時(shí)而且造成材料損失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
（1）用TC4鈦合金，將其切割成薄片，經(jīng)200目耐水砂紙打磨，去掉表面氧化皮，然后置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲脫脂清洗，在干燥箱中100℃干燥后待用；
（2）將硅酸鹽氧化物二氧化鈦、三氧化二鋁等進(jìn)行球磨混合，然后在高溫熔爐中加熱至1500℃下保溫2h，迅速將高溫氧化物熔體倒入冷水中冷激、粉碎成細(xì)玻璃粒，再將玻璃粒球磨15-24h后，得到玻璃粉體；
（3）加入硅酸鈉粘結(jié)劑，經(jīng)電磁攪拌后得到涂料料漿懸浮體；
（4）將涂料涂覆在鈦合金基體上，涂層厚度為130μm，經(jīng)自然干燥完成制備。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述薄片的規(guī)格為20 mm×15 mm×3 mm。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述脫脂清洗的時(shí)間為15min。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述玻璃粉體的目數(shù)為200目。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述電磁攪拌時(shí)間為15-20min。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，利用浸涂法在TC4鈦合金表面制備了高溫防氧化玻璃一陶瓷涂層，使得涂層具有很好的高溫流動(dòng)性和穩(wěn)定性，有效阻擋了氧氣對(duì)基體的侵蝕，且涂層對(duì)基體的沾污甚微，且本發(fā)明所述的制備方法簡(jiǎn)單，易于制備適于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟：
（1）用TC4鈦合金，將其切割成薄片，經(jīng)200目耐水砂紙打磨，去掉表面氧化皮，然后置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲脫脂清洗，在干燥箱中100℃干燥后待用；
（2）將硅酸鹽氧化物二氧化鈦、二氧化鈦、Al203、B203等進(jìn)行球磨混合，然后在高溫熔爐中加熱至1500℃下保溫2h，迅速將高溫氧化物熔體倒入冷水中冷激、粉碎成細(xì)玻璃粒，再將玻璃粒球磨15-24h后，得到玻璃粉體；
（3）加入硅酸鈉粘結(jié)劑，經(jīng)電磁攪拌后得到涂料料漿懸浮體；
（4）將涂料涂覆在鈦合金基體上，涂層厚度為130μm，經(jīng)自然干燥完成制備。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述薄片的規(guī)格為20 mm×15 mm×3 mm。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述脫脂清洗的時(shí)間為15min。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述玻璃粉體的目數(shù)為200目。
本發(fā)明所述的防氧化玻璃陶瓷涂層的制備方法，所述電磁攪拌時(shí)間為15-20min。
隨溫度的升高，氧與鈦合金逐漸反應(yīng)，會(huì)在鈦合金表面形成一層污染層，經(jīng)重腐蝕副后，污染層會(huì)呈現(xiàn)明顯的白亮色，作為鈦合金被氧化的特征，很容易被分辨出來。污染層顯微組織的變化可知，與室溫組織相比，合金在500℃氧化后，幾乎看不到污染層，表明500℃時(shí)氧與鈦合金反應(yīng)緩慢，氧氣對(duì)于合金的擴(kuò)散系數(shù)較小，合金氧化不明顯。
隨溫度升高，基體自身的表面氧化膜逐漸失去保護(hù)作用，基體的氧化越來越嚴(yán)重，污染層厚度增加。尤其當(dāng)樣品在1000℃保溫后，污染層組織發(fā)生了明顯的變化。1000℃時(shí)發(fā)生這種組織變化的原因是，1000℃已經(jīng)超過了TC4鈦合金的相變溫度，進(jìn)入單相區(qū)，由于相變時(shí)晶體結(jié)構(gòu)由密集六方變?yōu)轶w心立方，加劇了氧的擴(kuò)散速度，同時(shí)粗大的口相晶界為氧擴(kuò)散提供了良好的通道，也增加了氧擴(kuò)散的方向性和不均勻性。結(jié)果則看到靠近樣品表面的污染層中生長(zhǎng)較快，成粗大針狀，且沿各方向交錯(cuò)排列。與無涂層保護(hù)的樣品相比，700℃保溫2h后有涂層保護(hù)的樣品已看不到清晰的污染層，900℃、1000℃各保溫2h后的污染層厚度也明顯減小。且需說明的是，當(dāng)加熱溫度在900℃以上時(shí)，在基體表面上會(huì)形成一層氧化皮，在鈦合金冷卻至室溫過程中，氧化皮由于熱膨脹系數(shù)與鈦合金基體不同，會(huì)從基體上剝落，厚度可達(dá)200μm，所以 污染層厚度是在基體外層氧化皮剝落后測(cè)得的，基體的實(shí)際氧化層深度要比污染層厚度大得多。不同的是，有涂層保護(hù)的基體在加熱保溫后未出現(xiàn)氧化皮。
涂層主要由2種顆粒組成，分別是平均直徑2.72μm的大顆粒和0.61μm的小顆粒，2種顆粒在涂層中分布均勻。大顆?？煽醋魇峭繉觾?nèi)部的骨架，保持涂層的外部形狀，防止在熱處理過程中涂層熔融產(chǎn)生明顯厚度不均等不良影響；小顆粒則填充于大顆粒之間，增加了涂層的致密性。500℃保溫后涂層中部分顆粒開始熔融粘結(jié)在一起，孔隙率降低，說明此時(shí)涂層已經(jīng)開始軟化，有一定程度的保護(hù)作用。700℃保溫后，涂層熔融程度加大，只存在少量的孔洞，由于此溫度下鈦合金本身氧化并不嚴(yán)重，且涂層有阻隔空氣與基體接觸的作用，所以基體的氧化有所減輕，污染層不能清晰可見相對(duì)應(yīng)。從900℃開始，涂層已經(jīng)具有較好的流動(dòng)性，可完整涂覆于基體上，且涂層表面平整光滑，無孔洞、裂紋等缺陷，得到一層致密的保護(hù)層，阻擋氧氣與基體的接觸，避免發(fā)生氧化反應(yīng)，從而起到了防氧化的效果。
從室溫至700℃之間，涂層中物相主要以三氧化二鋁為主，還有少量的SiO：和AI：SiO，等硅鋁化合物，這說明在這階段主要三氧化二鋁起防氧化作用，三氧化二鋁，具有提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的效果。在涂料制備過程中，需要將高溫熔體進(jìn)行水淬，得到的玻璃粒則進(jìn)行球磨，以制得玻璃粉末。球磨是在三氧化二鋁，剛玉球磨罐中進(jìn)行的，磨球是同樣的剛玉，在球磨過程中由于摩擦、撞擊等作用，會(huì)有少量的三氧化二鋁摻入到玻璃粉中，由于三氧化二鋁，是所需的硅酸鹽氧化物，因此三氧化二鋁作為后續(xù)加入的一種防氧化物質(zhì)，從室溫至700℃之間會(huì)發(fā)現(xiàn)三氧化二鋁，的存在。溫度到達(dá)900℃后，涂層中陸續(xù)出現(xiàn)越來越多的二氧化鈦，二氧化鈦有利于降低涂層的軟化溫度，提高熔體的可熔性和潤(rùn)濕性，增加涂層的高溫流動(dòng)性，加強(qiáng)了涂層對(duì)基體的覆蓋，同時(shí)二氧化鈦也有提高涂層剝落性的能力，對(duì)涂層在冷卻過程中的自剝落有很大的影響。涂層在700℃保溫2h冷卻后，涂層表面出現(xiàn)大的裂紋，部分涂層可自行剝落，剩余部分經(jīng)輕微敲打后也可掉落下來。900℃保溫2h冷卻后，涂層可基本實(shí)現(xiàn)完全自剝落，涂層剝落后基體表面平整光滑，對(duì)基體外觀沒有不良影響。
氧化開始后，鈦合金表面會(huì)優(yōu)先形成二氧化鈦，造成基體與二氧化鈦接觸的表面貧鈦，同時(shí)該處的鋁濃度相對(duì)提高；另一方面，在空氣與二氧化鈦的界面處，接近大氣壓的氧分壓會(huì)減小形成三氧化二鋁的最小活度，促進(jìn)內(nèi)層的鋁向外擴(kuò)散，在二氧化鈦的外表面形成三氧化二鋁，由于各種鈦的氧化物的形成速率大于鋁的氧化物的形成速率，基體中的鈦向外快速擴(kuò)散，鈦合金基體表面將迅速被一層鈦的氧化物所覆蓋。
在高溫下，所制備涂層遵循惰性熔膜屏蔽型保護(hù)機(jī)理，將基體保護(hù)在致密涂層下，有效阻擋了氧氣與基體的接觸，使得涂層／基體處的氧平衡濃度遠(yuǎn)小于空氣／基體處的濃度，低的界面氧濃度使得出現(xiàn)貧鈦區(qū)的時(shí)間大大延后，則三氧化二鋁，層和最表面的鈦氧化物層的出現(xiàn)時(shí)間和幾率也被延后和減小，從而使基體的氧化程度大幅降低。
從室溫至700℃之間，涂層中物相主要以三氧化二鋁為主，在這階段主要是三氧化二鋁起防氧化作用。從900℃開始，涂層中二氧化鈦逐漸增多，有利于涂層的高溫流動(dòng)。除二氧化鈦外，硅酸鹽化合物、鈦鋁化合物、硅鋁化合物等物相也出現(xiàn)在涂層中，對(duì)得到連續(xù)致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定作用。由此，涂層具有較好的高溫流動(dòng)性和高溫穩(wěn)定性。