CN105132103A - 一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体及涂料 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂料技术领域，涉及一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体及涂料。玻璃防护润滑剂中含二氧化硅SiO₂，氧化钠Na₂O，氧化钙CaO，氧化硼B₂O₃，采用耐热型水溶性纤维素以及水配制成悬浮液进行刷涂，其中玻璃粉体粒径在200目以下。本发明的玻璃防护润滑剂的使用温度范围较宽，为700～1000℃，即在700℃开始熔融，1000℃不发生流淌。在钛合金的锻造工艺温度范围945±15℃，玻璃防护润滑剂的高温粘度变化范围较窄，即短时间8分钟以内可以熔融覆盖，保温8小时以内不发生流淌缺失防护现象。此外，制备的玻璃防护润滑剂在TC4钛合金表面的高温接触角较小，945±15℃低于40°，即对钛合金表面润湿性好。采用圆环试验测得的摩擦系数低于0.01。

Description

一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体及涂料

技术领域

本发明属于涂料技术领域，涉及一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体及涂料。

背景技术

钛合金具有优异的综合力学性能，被广泛应用于航空航天及其发动机结构中。随着结构整体化设计要求的不断提高，大型化、整体化已成为先进航空钛合金模锻件的发展趋势。在钛合金模锻的工艺过程中，润滑防护剂是涂覆在毛坯表面起到隔热、保温、防氧化、润滑等综合作用的防护剂，其可以在防止钛合金升温氧化的同时，降低变形抗力、确保尺寸精度。在大型锻件整体模锻件的锻造工艺中，由于其升温速度慢，保温时间长，为了保证玻璃润滑剂不流失，现阶段使用的玻璃防护润滑剂在锻造工艺温度内粘度偏高，在锻造工艺过程中润滑效果不佳。因此不能满足大型锻件大变形量的锻造工艺需求，为制造精密的锻件，需要进行多次锻造操作，增加工艺的复杂性同时增加了工艺的成本。因此，急需一种使用温度范围较宽，即在较高温度范围内长时间不流失，而在较低温度就能熔融覆盖金属表面，对金属进行防护的玻璃防护润滑剂。专利申请号为CN201210181148.0“一种高温合金等温锻造用玻璃润滑剂”，涉及一种适用于锻造温度1000～1100℃，加热时间不超过8小时的高温合金等温锻造用表面防护润滑剂。该锻造用玻璃润滑剂的锻造温度范围1000～1100℃，锻件材料为高温合金。专利申请号为CN201210181679.X“一种钛合金模锻工艺用表面防护润滑剂”，涉及一种适用于锻造温度800～960℃，加热时间不超过8小时的钛合金模锻工艺用表面防护润滑剂。适用的温度范围更窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于锻造温度700℃～1000℃，加热时间不超过8小时的钛合金模锻工艺用玻璃润滑防护剂。

本发明的技术方案是：所述玻璃防护润滑剂中含二氧化硅SiO₂，氧化钠Na₂O，氧化钙CaO，氧化硼B₂O₃，各氧化物的摩尔比例为，一份二氧化硅SiO₂，0.22～0.4份氧化钠Na₂O，0.22～0.4份氧化硼B₂O₃，0.06～0.2份氧化钙CaO。

组分中还包含氧化铝，其重量含量为二氧化硅SiO₂含量的0.2～0.7％。

玻璃防护润滑剂粉体粒度不小于200目。

将钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体与耐热型水溶性纤维素及水进行混合制备而成，其中水占涂料重量的30％～50％，耐热型水溶性纤维素占涂料重量的5％～15％，余量为玻璃防护润滑剂粉体。

所述的耐热型水溶性纤维素是羟甲基纤维素。

本发明技术方案的优点是：制备的玻璃防护润滑剂的使用温度范围较宽，为700～1000℃，即在700℃开始熔融，1000℃不发生流淌。在钛合金的锻造工艺温度范围945±15℃，玻璃防护润滑剂的高温粘度变化范围较窄，即短时间8分钟以内可以熔融覆盖，保温8小时以内不发生流淌缺失防护现象。此外，制备的玻璃防护润滑剂在TC4钛合金表面的高温接触角较小，945±15℃低于40°，即对钛合金表面润湿性好。采用圆环试验测得的摩擦系数低于0.01.

玻璃防护润滑剂的高温粘度受其组成影响较大，合理控制玻璃防护润滑剂中氧化物比例能够保证其在高温下保持熔融不流淌，并且在较低的温度下即开始熔融。通过大量实验表明，当氧化钠Na₂O与氧化硅SiO₂比例为0.22～0.4范围内，玻璃防护润滑剂高温粘度适中，即能够在945±15℃的工艺温度下熔融覆盖钛合金表面，并且保持8小时内不发生流淌。通过添加氧化硼B₂O₃可以降低玻璃润滑剂的始熔温度，使玻璃防护润滑剂在使用工艺温度下，短时间内开始熔融覆盖金属表面。但氧化硼的添加会影响玻璃润滑剂的高温粘度，实验表明，当氧化硼B₂O₃含量较低时，会提高玻璃防护润滑剂的高温粘度，当氧化硼含量较高时，可以降低玻璃防护润滑剂的高温粘度，当氧化硼B₂O₃与氧化钠Na₂O比例相当时，能够降低玻璃防护润滑剂的始熔温度的同时延长玻璃防护润滑剂的料性，即保证玻璃防护润滑剂在高温下粘度提高，1000℃高温保持8小时不发生流淌。在玻璃防护润滑剂中添加0.06～0.2份氧化钙CaO可以在不增加玻璃防护润滑剂的高温粘度同时，降低玻璃防护润滑剂的高温接触角，提高玻璃防护润滑剂对钛合金的表面润湿性。添加重量含量为二氧化硅SiO₂含量的0.2～0.7％的氧化铝可以在不改变始熔温度和熔融粘度的同时，进一步提高玻璃防护润滑剂的高温性能。综上所述，通过大量的实验探索，合理调整玻璃防护润滑剂中各氧化物的比例，能够得到使用温度范围较宽，为700～1000℃，即在700℃开始熔融，1000℃不发生流淌的玻璃防护润滑剂。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

玻璃防护润滑剂中含二氧化硅SiO₂，氧化钠Na₂O，氧化钙CaO，氧化硼B₂O₃，各氧化物的摩尔比例为，一份二氧化硅SiO₂，0.22～0.4份氧化钠Na₂O，0.22～0.4份氧化硼B₂O₃，0.06～0.2份氧化钙CaO。组分中还可包含氧化铝，其重量含量为二氧化硅SiO₂的0.2％～0.7％。可采用耐热型水溶性纤维素以及水配制成悬浮液进行刷涂，其中玻璃粉体粒径在200目以下。

所述的耐热型水溶性纤维素是羟甲基纤维素。

玻璃防护润滑剂可采用200目以下不同组成成分的复合玻璃进行调配而成，也可以采用氧化物或其碱、盐按比例调配后煅烧、粉碎、研磨至200目以下。

表1为本发明所述玻璃防护润滑剂的组成氧化物的重量百分比

按照表1的比例分别配制玻璃粉料，其中SiO₂，Na₂O，CaO，B₂O₃，Al₂O₃分别采用石英、碳酸钠、碳酸钙、氧化硼、氧化铝作为原材料，将调配好的粉料进行煅烧至均质熔融玻璃态后冷却、粉碎、研磨至200目。将制备好的玻璃粉与相应比例的羟甲基纤维素、水进行配置，采用高速分散机进行分散，得到均匀的悬浮液。

	SiO2/g	Na2O/g	CaO/g	B2O3/g	Al2O3/g	羟甲基纤维素/g	水/g
								1#	60	13.5	3.5	12.5	0	38	129
2#	60	24.5	11.5	23.5	0	10	56
								3#	60	16	5	15	0	35	120
4#	60	22	9	21	0	20	80
								5#	60	20	5	20	0.2	15	100
6#	60	16	9	16	0.4	30	120

实施例1.

将1^#～6^#玻璃防护润滑剂涂料之一涂覆在Tc4DT钛合金75×50mm方形试片表面，分别进行960℃，保温8h的试烧试验，在试验条件范围内玻璃防护润滑剂均在8分钟内在试样表面形成一层均匀光滑的玻璃膜，经过8h的保温玻璃防护润滑剂不发生流淌，呈现良好的防护效果。

实施例2.

将1^#～6^#玻璃防护润滑剂涂料之一涂覆在内径，外径的圆环试样表面，圆环试样在960℃，保温时间1h，按HB7056进行锻造，锻造后摩擦系数均低于0.01，具有良好的润滑效果，达到了HB7056的要求。

实施例3.

对1^#～6^#玻璃防护润滑剂涂料之一进行热分析，其始融温度为700～705℃。在900～960℃，高温接触角小于40°，4^#玻璃防护润滑剂在945±15℃高温粘度10^4.5～10^5.5cp。

实施例4.

将1^#～6^#玻璃防护润滑剂涂料之一涂覆在TC4DT钛合金缩比锻件坯料表面，锻坯在960℃加热并进行热锻造。经检察锻造完毕后锻件表面光滑完整，无裂纹等表面缺陷，达到锻件标准要求。

Claims (5)

1.一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体，其特征在于，所述玻璃防护润滑剂中含二氧化硅SiO₂，氧化钠Na₂O，氧化钙CaO，氧化硼B₂O₃，各氧化物的摩尔比例为，一份二氧化硅SiO₂，0.22～0.4份氧化钠Na₂O，0.22～0.4份氧化硼B₂O₃，0.06～0.2份氧化钙CaO。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体，其特征在于，组分中还包含氧化铝，其重量含量为二氧化硅SiO₂含量的0.2～0.7％。

3.根据权利要求1或2所述一种钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体，其特征在于，玻璃防护润滑剂粉体粒度不小于200目。

4.一种使用钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体制备的涂料，其特征在于，将钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体与耐热型水溶性纤维素及水进行混合制备而成，其中水占涂料重量的30％～50％，耐热型水溶性纤维素占涂料重量的5％～15％，余量为玻璃防护润滑剂粉体。

5.根据权利要求4所述的使用钛合金模锻成型用玻璃防护润滑剂粉体制备的涂料，其特征在于，所述的耐热型水溶性纤维素是羟甲基纤维素。