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

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500~1000℃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。