一種防止鉬及鉬合金氧化的包覆方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防止鉬及鉬合金氧化的包覆方法，采用澆注填充的方法，按體積比為1：3～1：2將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑混合成包覆填充料漿，將包覆填充料漿澆注進(jìn)等靜壓柔性包套內(nèi)，形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；再將鉬及鉬合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，并用包覆填充料漿覆蓋在鉬及鉬合金粉末的上表面，對(duì)鉬和鉬合金粉末全封閉包覆，包覆厚度為1～3mm。經(jīng)過真空處理后，密封后等靜壓壓制為Al4SiC4-HfC包覆的鉬及鉬合金壓坯，再經(jīng)過常規(guī)排膠、燒結(jié)及退火，在鉬及鉬合金材料表面制備出Al4SiC4-HfC包覆層，防止鉬及鉬合金氧化。具有抗氧化能力優(yōu)異、使用壽命長(zhǎng)、包覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，相容性好、成本低、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種防止纟目及纟目合金氧化的包覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金表面處理的方法，特別涉及一種防止鑰及鑰合金氧化的包覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鑰具有強(qiáng)度大、硬度高、耐磨性和導(dǎo)熱導(dǎo)電性好等特點(diǎn)，鑰合金除具有鑰的特點(diǎn)夕卜，還具有膨脹系數(shù)小、耐蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，常被用作高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料，因而廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、國(guó)防、航空航天、電子、核工業(yè)等諸多領(lǐng)域。但由于鑰及鑰合金在溫度達(dá)到400°C時(shí)發(fā)生氧化，形成MoO2 ;在500°C?600°C時(shí)迅速氧化成MoO3揮發(fā)。所以鑰的氧化行為影響了其高溫力學(xué)性能。
[0003]常見的抗氧化涂層有:N1、Pd、Au、Rh等金屬電鍍涂層；N1-Cr、Pt、Pt_Rh等包覆涂層；Cr、Cr-Y、Cr-Mn熔鹽電鍍涂層。但Ni與Mo的膨脹系數(shù)相差較大，在高溫互擴(kuò)散出現(xiàn)脆性相，Cr涂層高溫氧化變脆而脫落；貴金屬涂層如Pt、Y等，在溫度超過1400°C與Mo發(fā)生互擴(kuò)散。
[0004]采用電鍍、噴涂、熔覆、氣相沉積等涂層工藝，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，相容性較差，造成使用過程中涂層開裂甚至脫落，從而影響涂層對(duì)基體的抗氧化能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有防氧化技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種防止鑰及鑰合金氧化的包覆方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
[0007]—種防止鑰及鑰合金氧化的包覆方法，其特征在于，按照下列步驟進(jìn)行:
[0008](I)將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比=Al4SiC4 =HfC= (55%?75%):(25%?45% )混合均勻得到Al4SiC4-HfC粉末；
[0009]將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑按體積比1:3?I ;2混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀的包覆填充料漿；
[0010](2)先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，再將等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套的間隙內(nèi)，在等靜壓柔性包套的壁內(nèi)形成包覆填充料衆(zhòng)圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為Imm?3mm ；
[0011]待等靜壓柔性包套內(nèi)的包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體的高度相平；之后，再使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度I?3mm,以實(shí)現(xiàn)包覆填充料衆(zhòng)對(duì)鑰及鑰合金粉體的全封閉包覆；
[0012](3)對(duì)等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封，然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面形成一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，所述的鑰及鑰合金粉末為純鑰、TZM合金、TZC合金、鑰鑭合金、鑰鈦合金、鑰錸合金或鑰銅合金制備。
[0014]所述的復(fù)合粘結(jié)劑按由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:40%?50%，甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:15%?20%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:8%?10%，分散劑:1.0%?2.0%，促凝劑:5%?8%，其余為酒精，原料的質(zhì)量百分比之和為100%。
[0015]本發(fā)明通過Al4SiC4-HfC包覆鑰及鑰合金，首先在200°C?400°C溫度區(qū)間，鑰及鑰合金表面的殘余氧被Al4SiC4-HfC中的C還原，生成的CO2氣體通過孔隙擴(kuò)散至界面，隨著燒結(jié)過程被排出合金體。其次，鑰及鑰合金內(nèi)部的殘余氧在一般鑰及鑰合金開始發(fā)生氧化揮發(fā)，并導(dǎo)致性能惡化的溫度區(qū)間400°C?1650°C，與包覆填充Al4SiC4-HfC中的Al、S1、Hf發(fā)生反應(yīng)，生成氧化物，形成致密的氧化膜。先后在最外層形成Al2O3氧化膜，在中間層形成致密的SiO2及HfO2氧化層，既消耗掉鑰及鑰合金內(nèi)部的殘余氧，同時(shí)又由于致密氧化膜和氧化層的形成，阻礙環(huán)境介質(zhì)中的氧通過擴(kuò)散進(jìn)入鑰及鑰合金基體中，從而防止鑰及鑰合金基體氧化。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I) Al4SiC4-HfC包覆層與鑰及鑰合金的膨脹系數(shù)相近，高溫互擴(kuò)散現(xiàn)象不明顯，不會(huì)生成脆性相，影響鑰及鑰合金基體的高溫力學(xué)性能。
[0018](2)先后在鑰及鑰合金的最外層和中間層形成Al2O3氧化膜和致密的Si02、HfO2氧化層，多層防護(hù)，阻止氧通過擴(kuò)散作用進(jìn)入鑰及鑰合金基體，造成對(duì)鑰及鑰合金基體的氧化，抗氧化能力優(yōu)異。
[0019](3) Al4SiC4-HfC包覆層的熱穩(wěn)定性、硬度及耐磨性能優(yōu)異，其高溫使用壽命比金屬涂層更長(zhǎng)，而且不影響鑰及鑰合金基體的力學(xué)性能。
[0020](4)采用包覆-壓制-燒結(jié)的粉末冶金工藝制備出的Al4SiC4-HfC包覆層與鑰及鑰合金基體的結(jié)合強(qiáng)度高，相容性好，不會(huì)出現(xiàn)涂層開裂甚至脫落的現(xiàn)象。
[0021](5)工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是實(shí)施例1經(jīng)過本發(fā)明包覆制備低氧TZM合金產(chǎn)品的電鏡掃描照片(SEM)
[0023]圖2是實(shí)施例1經(jīng)過本發(fā)明包覆制備低氧TZM合金產(chǎn)品的基體區(qū)域電鏡掃描照片(SEM)
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步說明。需要說明的是，以下的實(shí)施例是本發(fā)明較優(yōu)的例子，僅用于說明本發(fā)明，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的技術(shù)方案所作的技術(shù)特征的添加、等效變換，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0025]在以下的實(shí)施例中，所述的鑰及鑰合金粉末為純鑰、TZM合金、TZC合金、鑰鑭合金、鑰鈦合金、鑰錸合金或鑰銅合金制備。
[0026]復(fù)合粘結(jié)劑由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:40%?50%，甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:15%?20%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:8%?10%，分散劑:1.0 %?2.0 %，促凝劑:5 %?8 %，其余為酒精，原料的質(zhì)量百分比之和為100 %。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為=Al4SiC4 =HfC = 55%:45%混合均勻，將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑按體積比1:3混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀包覆填充料漿。
[0029]本實(shí)施例中，復(fù)合粘結(jié)劑由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:40%,甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:20%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:10%，分散劑:2.0%，促凝劑:8%，酒精為20%.[0030]先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，之后，將等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套內(nèi)，在等靜壓柔性包套內(nèi)形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為1mm。
[0031]待等靜壓柔性包套內(nèi)的包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體高度相平；之后使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度Imm0
[0032]將等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封。然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過本領(lǐng)域熟知的排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面得到一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。將此材料沿縱向切開，在基體中任取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行氧含量測(cè)試。氧含量測(cè)試平均值為340ppm。在截面的外層和內(nèi)層區(qū)域進(jìn)行掃描電鏡(SEM)分析，如圖1、圖2所示，由圖1可以看出氧化層與基體連接處界面清晰，結(jié)合緊密，未發(fā)現(xiàn)裂紋源和缺陷。圖2可以看出制備出的低氧鑰及鑰合金材料基體均勻，致密，未出現(xiàn)Al、Si及Hf的高溫互擴(kuò)散相和碳化物析出相。
[0033]實(shí)施例2:
[0034]將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為Al4SiC4 =HfC = 60%:40%混合均勻，將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑按體積比1:3混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀包覆填充料漿。
[0035]本實(shí)施例中，復(fù)合粘結(jié)劑由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:45%,甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:15%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:8%，分散劑:1.0，促凝劑:5%，酒精為26%。
[0036]先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，之后，將等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套內(nèi)，在等靜壓柔性包套內(nèi)形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為2mm ；
[0037]待等靜壓柔性包套內(nèi)的包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體高度相平；之后使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度2mm ο
[0038]將等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封。然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過本領(lǐng)域熟知的排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面得到一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。將此材料沿縱向切開，對(duì)基體進(jìn)行氧含量測(cè)試。氧含量測(cè)試平均值為290ppm。
[0039]實(shí)施例3:
[0040]將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為Al4SiC4:HfC: = 70%:30%混合均勻，將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑按體積比1:2混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀包覆填充料漿。
[0041]本實(shí)施例中，復(fù)合粘結(jié)劑由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:40%,甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:18%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:10%，分散劑:2.0%，促凝劑:6%，酒精為24%。
[0042]先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，之后，等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套內(nèi)，形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為3_。
[0043]待包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體高度相平；之后使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度3_。
[0044]將等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封。然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過本領(lǐng)域熟知的排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面得到一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。將此材料沿縱向切開，對(duì)基體進(jìn)行氧含量測(cè)試。氧含量測(cè)試平均值為220ppm。
[0045]實(shí)施例4:
[0046]將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比為Al4SiC4 =HfC = 75%:25%混合均勻，將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑(同實(shí)施例1)按體積比1:2混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀包覆填充料漿。
[0047]先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，之后，將等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套內(nèi)，形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為3mm。
[0048]待等靜壓柔性包套內(nèi)的包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體高度相平；之后使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度3mm。將等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封。然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過本領(lǐng)域熟知的排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面得到一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。將此材料沿縱向切開，對(duì)基體進(jìn)行氧含量測(cè)試。氧含量測(cè)試平均值為180ppm。
【權(quán)利要求】
1.一種防止鑰及鑰合金氧化的包覆方法，其特征在于，按照下列步驟進(jìn)行: (1)將Al4SiC4粉末與HfC粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比=Al4SiC4=HfC = (55 %?75 % ):(25%?45% )混合均勻得到Al4SiC4-HfC粉末； 將Al4SiC4-HfC粉末與復(fù)合粘結(jié)劑按體積比1:3?I ;2混合，攪拌均勻，配制成粘稠狀的包覆填充料漿； (2)先將等靜壓柔性包套內(nèi)放置一個(gè)輕質(zhì)填充塊，使輕質(zhì)填充塊與等靜壓柔性包套之間有一定的間隙，再將等靜壓柔性包套固定在薄壁塑模支撐裝置上，然后將包覆填充料漿通過注漿口澆注進(jìn)等靜壓柔性包套的間隙內(nèi)，在等靜壓柔性包套的壁內(nèi)形成包覆填充料漿圍成的半封閉腔體；半封閉腔體周圍的包覆填充料層厚度為Imm?3mm ； 待等靜壓柔性包套內(nèi)的包覆填充料漿固化后，撤去輕質(zhì)填充塊，將鑰及鑰合金粉末裝料至包覆填充料漿所圍成的半封閉腔體內(nèi)，鑰及鑰合金粉末裝料高度與包覆填充料漿的半封閉腔體高度相平；之后，再使用包覆填充料漿覆蓋鑰及鑰合金粉料上表面，覆蓋厚度I?3mm,以實(shí)現(xiàn)包覆填充料衆(zhòng)對(duì)鑰及鑰合金粉體的全封閉包覆； (3)對(duì)等靜壓柔性包套按照常規(guī)的方法進(jìn)行真空處理后，密封，然后進(jìn)行等靜壓壓制，將壓制成形的鑰及鑰合金坯料經(jīng)過排膠、燒結(jié)及退火，在鑰及鑰合金表面形成一層防止基體氧化的Al4SiC4-HfC包覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的鑰及鑰合金粉末為純鑰、TZM合金、TZC合金、鑰鑭合金、鑰鈦合金、鑰錸合金或鑰銅合金制備。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于:所述的復(fù)合粘結(jié)劑按由下列質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料配制而成:鈦酸鉀纖維粘結(jié)劑:40%?50%，甲基丙烯酸單體熱熔粘結(jié)劑:15%?20%，硅氧烷熱熔粘結(jié)劑:8%?10%，分散劑:1.0%?2.0%，促凝劑:5%?8%，其余為酒精，原料的質(zhì)量百分比之和為100%。
【文檔編號(hào)】B22F3/16GK103949643SQ201410208512
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】胡平, 王快社, 于志濤, 楊帆, 譚江飛, 何歡承, 趙葉曼 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)