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玻璃润滑涂料对钛合金模锻的抗氧化防护作用.pdf

  • 上传人:流诗暗香
  • 文档编号:51414303
  • 上传时间:2019-05-22
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    关 键  词:
    玻璃 润滑 涂料 钛合金 氧化 防护 作用
    资源描述:
    lenatの election
    55I
    线术应用
    玻璃润滑涂料对钛合金模锻的抗氰化防护作用
    陈其芳',王维,乔学亮,陈建国,张韬奇,李世涛
    (1.华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074;
    2.武汉新技术开发区管委会经济发展局,湖北武汉430079)
    [摘要]以硼硅酸盐玻璃粉为主体,加入有机粘结剂,以水为溶剂,研制了一种无毒、无污染的钛合金高温模锻
    防护润滑涂籵。探讨了涂层在不同温度、时间下氧化增重、显徹硬度、表面形貌及表面元素的变化情况,并分析了
    硅酸盐玻璃鉏分的作用及抗氧化机理。结果表明,该涂料在600~900℃钛合金锻造温度范围内具有良好的抗
    氧化性能。
    关键词]防护润滑涂料;高温模锻;硼硅酸盐玻璃粉;钛合金;抗氧化
    [中图分类号]TG1665[文献标识码]A[文章编号]1001~-150(2011)04-0055-03
    0前言
    保温作用。本工作以硼硅酸盐玻璃粉为主体并以水为
    溶剂,研制适用于钛合金高温模锻的玻璃防护润滑涂
    钛合金在热加工过程中,容易被大气氧化,其表面
    易形成硬而脆的氧化皮和有渗气层,使钛合金的力学料,并研究了其高温防护性能。应用表明,该涂料防护
    性能、塑性大大降低,给后续加エ造成很大困难,成品效果好、性能稳定制备工艺简单、无毒和无污染。
    损失率较高。将加工过程中产生的氧化层及渗气层除1试验
    去,既造成资源的浪费,又增加了成本2?;将锻造温度
    降低,则钛合金变形抗力成倍增加,变形难度增加,模1.1玻璃粉的制备
    具使用寿命降低。因此,在钛合金热加工过程中需采
    SiO2是构成玻璃的主要氧化物,在熔体中形成硅氧
    取必要的防护润滑措施。钛合金热加工时的保护方法四面体,Si-0键具有很高的键能,能増加涂层的黏度
    有很多,如采用保护涂层的优点就较为突出2可。玻和化学稳定性。O提高涂料的耐热性及稳定性,降
    璃防护润滑剂是一条既经济可行、又能获得理想润滑低涂层的化学活性及腐蚀性。碱金属氧化物(R2O)作
    效果的有效途径?。
    为玻璃的助熔剂能使玻璃凃层在较低的温度下软化,
    钛合金锻造加工温度一般为850~1080℃,而其降低玻璃粉的熔点和黏度,过多高温下会腐蚀被保护
    氧化温度一般从650℃开始,750℃加剧,故所设计的的金属或合金,因而要严格控制加人量。碱性金属氧
    玻璃防护润滑涂料应在700℃前形成连续的、封闭的化物(Ca0,MsoO,Ba0,Zn0等)的加人是为了调节玻璃
    保护膜,使锻件与空气隔开,随着锻件加热而软化、熔粉黏度,提高其高温稳定性,使玻璃粉在钛合金热加工
    融形成一层致密的防护层,变二者间固态接触为粘态温度范围内,既能形成致密保护膜又不至于因为黏度
    接触,并能承受很大的压力而不破裂,减少变形抗力面太小而流失。Zn0,r2O等表面活性氧化物可改进玻璃
    起到润滑作用,同时还能隔热保盪从而起到防护润滑熔膜对被保护金属的浸润作用。B02熔化温度低,能
    削弱玻璃结构而使玻璃粉易熔,可以代替有毒的
    [收稿日期]2010-11-30
    PDO21,但含量过多容易产生硼反常现象川,要合理
    [基金项目]“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专控制其加入量。
    项(20097x04005-011),材料成形与模具技术
    基于玻璃粉中各组分的作用及钛合金锻造温度范
    国家重点实验室自主创新项目资助
    围要求,结合防护涂层的设计原则2,],确定以硼硅酸
    [通信作者]王维,讲师,E-mil:weiwang@hust.ed如.cn盐玻璃粉为主要成分,成分含量见表い。
    56
    hla
    .?4Ne
    eteotinov〈
    表1玻璃粉的主要成分
    %
    从图1可知:在500℃左右有一吸热峰为软化温
    氧化物
    Al203
    B,0
    Cao
    度,玻璃化温度不明显;550-750℃内出现了一些弱的
    30~46
    2~4
    20~30
    15
    4~8
    放热峰,可能是由析晶产生的;800℃的吸热峰表明玻
    氧化物
    Bao
    Zno
    璃粉开始熔融成粘流态,形成熔融的保护膜粘附在钛
    0~6
    0~J0
    0~3
    合金表面隔绝氧气,起到防护、保温作用。
    2.2涂层的防氧化作用
    将原料混合均匀后置于刚玉坩埚中,于硅钼棒电
    图2是4种温度下保温1h的钛合金及其防护涂
    阻炉内加热到1200-1300℃熔融后,迅速取出倒人层的氧化增重情况。由图2可以看出:在钛合金锻造
    冷水中,冷谇后得到白2~5mm玻璃渣,将玻璃渣置于温度内,防护涂层能起到防氧化增重的作用,涂层在
    刚玉球麾罐中湿法球臍15h,干燥后过筛得200目玻600℃前有失重现象,是涂料中有机粘结剂烧掉引起
    璃粉。
    的;在钛合金剧烈氧化的700~800℃区间内,涂层起
    1.2玻璃涂料的制备与涂覆
    到了很好的防护屏蔽作用,有效阻止了高温氧向钛合
    将玻璃粉、有机粘结剂和水以2:1:2的质量比金基体表面扩散浸入,基本未产生氧化增重;钛合金开
    混合球磨均匀后得到悬浮液,其中水为悬浮介质,有机始时表面产生氧化皮,起到了减缓氧化和渗气的作用,
    粘结剂为2%(质量分数)甲基纤维素M450。以18cm温度升高到800℃后,氧化膜被溶解,失去了保护作
    x6cmTC4钛合金为基体,于60℃,20%NaOH溶液中用,氧继续向其内部渗入,氧化增重速率急剧增大。
    除污,40℃热水清洗后,100℃下预热,以增加涂层的
    吸附力及易于于燥。采用简单易行的刷涂方法涂覆
    后,0℃干燥1h即可得到均匀、厚度约为0.1~0.2
    无涂层钕合金
    mm的白色涂层,涂层太薄不能起到防氧化效果,太厚
    在干燥过程中容易开裂、脱落。
    0
    有涂层钛合金
    1.3性能检测
    650700750800850900
    利用差热分析(DTA)测试玻璃粉的软化温度,升
    图2试样氧化增重与温度的关系曲线
    温速率为10℃/min,加热至1000℃。用BSA224S型
    图3是在900℃下氧化增重与保温时间的关系曲
    电子天平(精度0.1mg)分别称量钛合金试样涂覆前后线。由图3可看出,随着氧化时间的增加钛合金基体
    的质量,然后置于马弗炉中于600~900℃煅烧一定时单位面积内氧化增重逐渐增加,且氧化增重的速率逐
    间,冷却后再进行氧化增重称量;通过DHV-1000型维渐增大;有涂层保护时单位面积内氧化增重速率要小得
    氏硬度计测定显微硬度;用 OLYMPUS-MG3光学显微多,随着保温时间延长,氧化增重速率基本趋于水平直
    镜观察分析试样的氧化层形貌并通过环境扫描电镜分线,说明保护涂层熔融成玻璃熔体后,大大降低了氧化增
    析其表面元素分布情况。
    重速率,起到了很好的防护作用,且性能比较稳定。
    2结果与讨论
    无涂层铽合金
    2.1玻璃粉软化温度
    有涂层钛合金
    图1是玻璃粉的DTA曲线图。
    691215
    0
    图3试样氧化增重与时间的关系曲线
    一般认为,显微硬度也可以反映金属基体的氧化
    和渗气程度,金属基体氧化和渗气后显微硬度值会明
    2004006008001000
    显增大,材料渗气层硬而脆。由图4可以看出;有涂层
    时试样的硬度与基体中心的相差不大,说明有涂层时
    图1玻
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