TC4钛合金热加工用防氧化自剥落无铅玻璃—陶瓷涂层的研究

TC4钛合金热加工用防氧化自剥落无铅玻璃—陶瓷涂层的研究

论文摘要

在对钛合金进行热加工时,钛合金的氧化是一个很严重的问题。目前,多种防氧化涂层已经被广泛应用于减少在热加工过程中其表面的氧化情况。不幸的是,在热加工过程中,现有的防氧化涂层为钛合金基体提供的防氧化保护温度区间相对都比较窄。而且,为了达到低温及软化的效果,通常在涂层组分中含有一定量的对环境有害的铅元素。本文研究和制备了一种能为钛合金基体提供更宽的防氧化温度范围的热加工用防氧化自剥落玻璃-陶瓷涂层,该涂层使用方法很简单可以通过常规的浸涂方法制备在钛合金表面。用于制备涂层的初始氧化物组分为SiO2,Al2O3,H3BO3,CaCO3,Na2CO3,K2CO3,MoO3,Li2CO3,TiO2和MgO粉末,通过烧结法制备玻璃-陶瓷涂层的粉末。在考察涂层的防氧化效果时,将有涂层保护的和无涂层保护的Ti-6Al-4V试样置于箱式电阻炉中,在大气环境下分别于500、700、900和1000℃保温2h。借助金相显微镜观察钛合金断面金相试样的α污染层厚度;通过测量断面上沿钛合金表层至心部方向上的维氏显微硬度值来衡量氧化层厚度,并且借助扫描电子显微镜附带的能谱仪对O元素和Ti元素沿钛合金表面至心部方向进行线扫描,通过对比各方面性能来得出涂层的防氧化效果。通过对在不同温度保温2h的涂层进行XRD分析,比较涂层在不同温度下热处理后的结晶度,从而检测涂层的自剥落效果;通过TG分析了涂层在从室温加热到1000℃过程中质量的变化。结果表明,在大气环境下,本涂层在不含有害元素铅的前提下,可以在5001000℃的温度区间为钛合金提供良好的防氧化保护,同时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。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 耐高温涂层的研究概况
  • 1.2.1 耐高温涂层的分类
  • 1.2.2 耐高温涂层用于热加工过程
  • 1.2.2.1 研究概况
  • 1.2.2.2 用于钛合金热加工过程的保护涂层
  • 1.3 用于热加工过程的耐高温涂层的制备
  • 1.3.1 制备涂层的原材料及其对涂层性能的影响
  • 2、B2O3)'>1.3.1.1 玻璃形成体(SiO2、B2O3
  • 1.3.1.2 网络改良体(碱金属、碱土金属氧化物)
  • 1.3.1.3 网络中间体
  • 1.3.1.4 其它氧化物
  • 1.3.2 硅酸盐涂层的分类
  • 1.3.2.1 硅酸盐涂层
  • 1.3.2.2 硼硅酸盐涂层
  • 1.3.2.3 硼铝硅酸盐和铝硼硅酸盐涂层
  • 1.3.2.4 铝硅酸盐涂层
  • 1.3.3 玻璃-陶瓷涂层的制备方法
  • 1.4 涂层的保护机理
  • 1.4.1 互熔反应型保护机理
  • 1.4.2 消耗反应型保护机理
  • 1.4.3 惰性熔膜屏蔽型保护机理
  • 1.5 本文研究的主要内容
  • 第二章 玻璃-陶瓷涂层的配方设计
  • 2.1 引言
  • 2.2 用于热加工过程的耐高温涂层的性能
  • 2.2.1 涂层的粘度变化要求及涂层组分对粘度的影响
  • 2.2.2 涂层的熔度要求
  • 2.2.3 涂层的化学稳定性要求及评定方法
  • 2.2.4 涂层的软化起始温度要求及涂层组分对其的影响
  • 2.2.5 涂层的表面张力和润湿能力及涂层组分对其的影响
  • 2.2.5.1 系统的热力学稳定性
  • 2.2.5.2 体系所处的温度
  • 2.2.5.3 固体表面的状况
  • 2.2.6 涂层在热处理后的自剥能力
  • 2.3 玻璃-陶瓷涂层配方的确定
  • 2.3.1 成分的热力学推导计算
  • 第三章 实验方法
  • 3.1 引言
  • 3.2 涂层覆盖钛合金试样的制备
  • 3.2.1 涂层制备的原料及仪器
  • 3.2.2 钛合金样品的预处理
  • 3.2.3 玻璃-陶瓷涂层的制备流程
  • 3.3 制备涂层过程中影响因素的讨论
  • 3.3.1 氧化物熔制成玻璃过程的讨论
  • 3.3.2 球磨分散剂对涂层质量的影响
  • 3.4 玻璃-陶瓷涂层的表征
  • 3.4.1 钛合金金相试样的制备
  • 3.4.2 玻璃-陶瓷涂层防氧化性能的表征
  • 3.4.2.1 TG 热分析
  • 3.4.2.2 玻璃-陶瓷涂层在热加工过程中结晶行为的表征
  • 3.4.2.3 α污染层厚度的金相检验
  • 3.4.2.4 断面金相的显微硬度测试
  • 3.4.2.5 扫描电镜氧元素分布的线扫描能谱分析
  • 第四章 涂层防氧化性能的研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 涂层对钛合金基体保护性能的评价
  • 4.2.1 热重(TG)分析
  • 4.2.2 涂层结晶度对自剥效果的影响
  • 4.2.3 α污染层厚度的金相检验
  • 4.2.4 断面显微硬度测试
  • 4.2.5 氧元素的线能谱分析
  • 4.3 结论
  • 第五章 总结与展望
  • 5.1 本课题工作小结及主要结论
  • 5.2 工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间发表的学术论文
  • 相关论文文献

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