專利名稱：航空tc4鈦板涂層及鈦板的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天航空技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種航空TC4鈦板涂層，本發(fā)明還涉及采用該涂層處理鈦板的方法。
背景技術(shù)：
航空TC4鈦板是現(xiàn)代飛機(jī)蒙皮專用材料，也是國際典型的鈦合金，化學(xué)成分為Ti-6AL-4V，該材料規(guī)格為 I. 2-1. 5mmX 800_900mmX 2100-2200mm，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) AMS 4911し航空TC4鈦板需求量最大的是美國波音公司、歐洲空客。航空TC4鈦板在加熱過程中極易和空氣中O2結(jié)合，形成Ti02、Ti2O3，有相當(dāng)部分直接滲透到鈦板的機(jī)體，導(dǎo)致材料在軋制過程中出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致最終性能不符合要求。航空TC4鈦板在生產(chǎn)過程中，首先經(jīng)過鍛造、表面扒皮、清除表面污染后開始熱車し鈦板坯在加熱、軋制過程中溫度在450°C -1150°C和空氣的氧發(fā)生反應(yīng)，形成TiO2和Ti2O3這兩種化合物大部分從鈦金屬表面脫離，但有相當(dāng)部分直接滲透到鈦的表層，深度可達(dá)2mm，這種污染對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能威脅極大。目前通常采用以下做法避免鈦板氧化在電爐加熱950°C-1100°C溫度條件下，然后通常采用金屬包覆法(把加熱的鈦板坯四周用其它金屬包覆)或涂層法(鈦表面涂化學(xué)物質(zhì))或爆炸復(fù)合法(鈦板坯在加熱前用炸藥包覆一層很薄的純鈦)，來解決航空TC4鈦板加熱污染的問題。污染后所造成的結(jié)果是，鈦板坯在軋制過程中表面發(fā)生明顯裂紋，裂紋的深度達(dá)到2mm-3mm，整個(gè)板面30%出現(xiàn)這種情況，是比較典型的；如果采取涂層、金屬包覆、爆炸復(fù)合等方法加以保護(hù)防止空氣和鈦表面發(fā)生反應(yīng)，可以減輕這種污染程度80%，但是這三種方法各有利弊，從根本上還不能徹底的解決污染問題，空氣中的氧還有部分滲透到鈦表面，對(duì)于軍エ和航空所需要的TC4板材是絕對(duì)不允許的，結(jié)果是成本率很低或質(zhì)量不合格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種航空TC4鈦板涂層，解決了 TC4鈦板在加熱時(shí)易氧化的問題，不會(huì)污染鈦板，同時(shí)還保證鈦板具有優(yōu)良的エ藝性能。本發(fā)明的另ー目的是提供上述航空TC4鈦板涂層處理鈦板的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，航空TC4鈦板涂層，分為里涂層與外涂層兩層，里涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成Ti0235%-42%, B4C6%-11%, K2O · Si0224%_28%，B20316%-22%，Mg06%-10% ;以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;外涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成B2030. 7%-2. 0%, AL20336%-46%, Si0230%-32%, K0H23. 3%-30%,以上原料的質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā)明所采用的另ー技術(shù)方案是，航空TC4鈦板涂層處理鈦板的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行
步驟I 清洗TC4鈦板板還；
步驟2按照質(zhì)量百分比，稱取35%-42% 的 TiO2,6%-11% 的 B4C, 24%_28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B2O3,6%-10%的MgO ；以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干；步驟3按照質(zhì)量百分比，稱取O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%_46% 的 AL2O3, 30%-32% 的 SiO2, 23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。本發(fā)明的有益效果是，外涂層化學(xué)成份氧化硼、三氧化ニ鋁、石英粉，該層主要解決航空TC4鈦板坯在加熱溫度450°C-1150°C區(qū)間，防止與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的污染。里涂層直接涂在TC4鈦板坯表面，在加熱溫度450°C -1150°C區(qū)間，具有與鈦不發(fā)生任何反應(yīng)特點(diǎn)，化學(xué)性能穩(wěn)定，解決外涂層本身化學(xué)成份對(duì)鈦表面具有一定污染，起隔絕作用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的航空TC4鈦板涂層，分為里涂層與外涂層兩層，里涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成Ti0235%-42%, B4C6%_11%，K2O · Si0224%_28%，B20316%-22%, Mg06%-10% ；以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ；外涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成B2O3O. 7%-2. 0%, AL20336%_46%，Si0230%_32%，K0H23. 3%_30%，以上原料的質(zhì)量百分比總和為100%O本發(fā)明的里涂層當(dāng)中，氧化鈦TiO2:氧化鈦形成完整的附著體系，在常溫和高溫(1150°C)化學(xué)穩(wěn)定性非常好，不與鈦發(fā)生任何反應(yīng)，可以有效的防止鈦在加熱時(shí)與空氣的任何氣體發(fā)生反應(yīng)，是里涂層防止外涂層與鈦表面發(fā)生反應(yīng)的原料。碳化硼B(yǎng)4C:鈦在加熱溫度在1000°C以上吋，與外層的AL2O3和B2O3發(fā)生反應(yīng)，生成9AL203 ·2Β203的柱狀晶體，形成玻璃狀流體分布在鈦板坯表面，這種玻璃狀流體可以承受20MPa的壓強(qiáng)，提高高溫時(shí)的抗壓強(qiáng)度，而且生成的9AL203 ·2Β203晶體，體積膨脹，可以在鈦軋制過程中，隨著數(shù)倍的變形、數(shù)倍的板材伸長而延伸。是里涂層的主體材料。硅酸鉀K2O · SiO2 :起到保護(hù)涂層的作用，化學(xué)性能穩(wěn)定，在350°C _1156°C與鈦金屬表面不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。氧化硼B(yǎng)2O3 :熔點(diǎn)為450°C，是制造玻璃的重要原材料，利用該材料熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，防止450°C _700°C之間的鈦氧化。氧化鎂MgO:起到逐漸吸收空氣中的水分和ニ氧化碳。隔絕材料。是里涂層為防止外涂層在高溫時(shí)對(duì)鈦表面污染最有效的材料。
本發(fā)明的外涂層當(dāng)中，AL2O3:用這種粉末耐高溫，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，是外涂層的主要材料，實(shí)驗(yàn)證明該材料是防止氧化的重要材料。SiO2 :利用該材料在450°C以上具有一定軟化、粘度的作用，隨著金屬的變形，能夠均勻的附在表面，膨脹系數(shù)小。同時(shí)，可以有效的防止鈦加熱是氧化作用。
氧化硼B(yǎng)2O3作用在室溫下，無色玻璃狀晶體或粉末，熔點(diǎn)為450°C，利用該物質(zhì)熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，來保證鈦合金加熱時(shí)450°C -700°C的區(qū)間表面潤滑和隔絕空氣和鈦發(fā)生反應(yīng)。KOH的作用該物質(zhì)在熔點(diǎn)360°C，沸點(diǎn)1320°C，極易從空氣中吸收水分和ニ氧化碳(生成碳酸鉀)，該物質(zhì)涂在外涂層上，可有效的吸收空氣中的水份，減緩鈦表面氧化。本發(fā)明的航空TC4鈦板涂層處理鈦板的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行步驟I清洗TC4鈦板板還；步驟2按照質(zhì)量百分比，稱取35%-42% 的 TiO2,6%_11% 的 B4C, 24%_28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B2O3,6%-10%的MgO ；以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干；步驟3按照質(zhì)量百分比，稱取O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%_46% 的 AL2O3, 30%_32% 的 SiO2,23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。里涂層和外涂層全部涂在鈦板坯后，即可按常規(guī)鈦合金板坯生產(chǎn)エ藝進(jìn)行加熱、車L制。把鈦板坯在加熱時(shí),人們常習(xí)慣ー種涂層來防止鈦合金板坯污染和氧化,但問題是涂層化學(xué)成分本身就對(duì)鈦合金板坯構(gòu)成微量污染，因此涂ー種涂層后，雖然基本解決了鈦合金在加熱時(shí)和空氣的污染，但與此同時(shí)，它的副作用是涂層某些元素和鈦表面發(fā)生微量化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于要求嚴(yán)格的飛機(jī)專用材料是不允許的。本發(fā)明的思路是，涂層分解為里涂層和外涂層，里涂層主要性能是防止和隔絕外涂層，保證鈦板坯加熱時(shí)不被外涂層某些化學(xué)成分污染，而外涂層的作用主要是防止空氣和鈦氧化，并和金屬變形時(shí)延伸。里涂層直接接觸鈦表面，再涂外涂層，外涂層可以完全有效的隔絕鈦板坯在加熱時(shí)和空氣氧發(fā)生反應(yīng)，兩者缺ー不可。實(shí)施例I清洗TC4鈦板板坯；按照質(zhì)量百分比，稱取42%的TiO2,6%的B4C, 24%的K2O-SiO2,22%的B2O3,6%的MgO ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干；然后按照質(zhì)量百分比，稱取O. 7%的B2O3,46%的AL2O3, 30%的SiO2, 23. 3%的Κ0Η，然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。實(shí)施例2清洗TC4鈦板板坯；按照質(zhì)量百分比，稱取35%的TiO2,11%的B4C, 28%的K2O-SiO2,16%的B2O3,10%的MgO ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干；然后按照質(zhì)量百分比，稱取2%的B2O3, 36%的AL2O3, 32%的SiO2, 30%的Κ0Η，然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。實(shí)施例3清洗TC4鈦板板坯；按照質(zhì)量百分比，稱取38%的TiO2,9%的B4C, 26%的K2O-SiO2,19%的B2O3,8%的MgO ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干；然后按照質(zhì)量百分比，稱取I. 5%的B2O3,41%的AL2O3, 31%的SiO2, 26. 5%的Κ0Η，然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。將實(shí)施例1-3中處理過后的TC4鈦板分別軋制5mm、10mm、8mm,分別在1000°C、800900°C的溫度下加熱60分鐘，與沒有加熱的涂層處理過后的TC4鈦板進(jìn)行檢測，其彎曲角見表I :表I
試樣加熱溫度加熱時(shí)間I彎_角a (°)~備注 序號(hào)(°C)(min)
實(shí)施10006035板坯厚度
例I100，軋制
成5mm
實(shí)施8006033板坯厚度例 2100,軋制
成 IOmm
實(shí)施9006033板坯厚度
例3100,軋制
成8mm
對(duì)比30沒有經(jīng)過
例加熱的樣
ロ
m彎曲角是檢測鈦表面污染通用的方法，按我國的GB6613-86標(biāo)準(zhǔn)，航空TC4鈦板彎曲角不得小于30°，彎曲角是檢驗(yàn)鈦表面污染通用方法，彎曲角大于30°可以認(rèn)為表面無污染。通過表I可以明顯的說明，經(jīng)2次涂層后對(duì)航空TC4鈦板無污染的跡象，彎曲角在加熱時(shí)和沒有加熱時(shí)的材料性能相近?！?br> 權(quán)利要求
1.一種航空TC4鈦板涂層，其特征在于，分為里涂層與外涂層兩層，所述里涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成Ti023 5%-42%, B4C6%-11%, K2O · Si0224%-28%, B2O3 16%_22%，MgO 6%-10% ；以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ； 所述外涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成 B2O3O. 7%-2. 0%, AL20336%-46%, Si0230%-32%, K0H23. 3%-30%,以上原料的質(zhì)量百分比總和為100%ο
2.一種航空TC4鈦板涂層處理鈦板的方法，其特征在于，具體按照以下步驟進(jìn)行 步驟I 清洗TC4鈦板板坯； 步驟2 按照質(zhì)量百分比，稱取 35%-42% 的 Ti02,6%-ll% 的 B4C, 24%-28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B203，6%-10%的MgO ;以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后將各原料混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，制得里涂層涂料，然后將里涂層涂料刷在TC4鈦板坯表面，厚度O. 3mm,自然風(fēng)干； 步驟3按照質(zhì)量百分比，稱取 O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%-46% 的 AL2O3, 30%-32% 的 SiO2, 23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的質(zhì)量百分比總和為100% ;然后混合，在球磨機(jī)上球磨形成粉末狀的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆與香蕉水，攪拌至合適粘度，刷在內(nèi)涂層外表面，厚度O.3mm,自然風(fēng)干，即完成對(duì)TC4鈦板的處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了航空TC4鈦板涂層，分為里涂層與外涂層兩層，里涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成TiO235%-42%，B4C6%-11%，K2O·SiO224%-28%，B2O3 16%-22%，MgO6%-10%；以上原料的質(zhì)量百分比總和為100%；外涂層按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成B2O30.7%-2.0%，AL2O336%-46%，SiO230%-32%，KOH23.3%-30%，以上原料的質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā)明還提供了該涂層處理鈦板的方法，將制得的里涂層和外涂層依次刷在鈦板表面即解決了TC4鈦板在加熱時(shí)易氧化的問題，同時(shí)還保證鈦板的工藝性能。
文檔編號(hào)C09D7/12GK102675952SQ20121016524
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者戚輝 申請(qǐng)人:寶雞寶冶鈦鎳制造有限責(zé)任公司