[发明专利]一种熔钛用坩埚及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于熔炼钛及钛合金熔液的坩埚及其制造方法，属钛合金熔炼技术领域。

背景技术

由于钛的熔点高，化学性质活泼，在熔炼时，几乎能与所有坩埚用耐火材料如氧化锆、氧化镁、氧化硅等发生反应，因此，通常不能采用感应炉熔炼。目前，钛及钛合金的熔炼常采用真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼和强制水冷铜坩埚冷却。真空电弧凝壳炉熔炼时先在铜坩埚壁上凝固形成一个薄层“凝壳”，起到保护钛液，使之不被坩埚材料污染及隔热作用。由于水冷铜坩埚冷却速度很快和形成凝壳使钛液温度场不均匀，加上钛合金在液态保持时间很短，使得浇注后的铸件成分不均匀，对性能影响很大。同时能耗高，增加了熔钛的熔炼成本。为此氧化钙或氮化硼坩埚曾用来熔炼钛及钛合金。但由于氧化钙坩埚很难烧结成型，而且在空气下容易水解。如用氧化钙坩埚熔炼，合金中的氧含量会增加，影响合金性能；氮化硼坩埚制作成本很高，强度低，存在B、N元素对合金液的污染，因此，氧化钙或氮化硼坩埚就无法满足高质量合金的要求。

石墨具有很高的耐熔炼度和强度，抗热震性能优良，是一种很好的耐高温材料，常用作熔铜等有色金属的熔炼坩埚。但石墨与钛会发生反应，造成污染，严重影响钛及钛合金的性能，因此不能直接作熔钛的坩埚。

发明内容

为了克服现有技术中高温熔炼钛合金过程中工艺复杂，能耗巨大，污染严重，成分不均匀的问题，本发明提供一种熔钛用坩埚。

本发明的另一目的是提供一种熔钛用坩埚的制造方法。

本发明的任务是这样实现的：

一种熔钛用坩埚，其特征在于：该坩埚为石墨坩埚的内表面有一复合涂层，该复合涂层为内层、过渡梯度涂层和外层三层结构，内层为SiC薄层，过渡层由高温稳定化合物氧化钇、锆酸钙或硫化铈中的一种与难熔金属钨、钼或钽中的一种组成，外层为高温稳定化合物氧化钇、锆酸钙或硫化铈中的一种。

一种熔钛用坩埚的制造方法，其特征在于该方法的工艺过程如下：将加工好的石墨坩埚的内表面进行超声波净化处理，再在900～1100℃下进行高温热处理0.5～1小时；然后石墨坩埚包埋在硅粉末中进行表面高温渗硅处理，形成致密SiC内层；用热喷涂法(激光熔覆、离子体喷涂等)将难熔金属钨、钼或钽中的一种与高温稳定化合物氧化钇、锆酸钙或硫化铈中的一种的混合物喷涂在内层上形成过渡梯度涂层；并将高温稳定化合物氧化钇、锆酸钙或硫化铈中的一种喷涂在过渡梯度涂层上形成外层；最后坩埚在氩气保护下在1100～1300℃进行0.5～1小时热处理，形成牢固致密并具有良好的抗热震性的复合涂层。

上述制造方法中所述的过渡梯度涂层是由高温稳定化合物氧化钇、锆酸钙或硫化铈中的一种的粉末与难熔金属钨、钼或钽中的一种的粉末以不同质量比混合并用热喷涂法(激光熔覆、离子体喷涂等)制备的亚三层，从内向外，以高温稳定化合物与难熔金属质量比计，第一亚层为1∶3，第二亚层为1∶1，第三亚层为3∶1。

具体实施方式

熔钛坩埚复合涂层的制备方法包括如下环节：

(1)石墨基底预处理

(2)石墨表面渗硅层的制备

(3)高稳定性化合物与难熔金属组合形成的梯度涂层的制备

(4)涂层整体化处理

石墨基底预处理，即将加工好的石墨坩埚的内表面进行超声波净化处理，再在1000℃下进行高温热处理1小时，以减少挥发性碳源和附着在表面的石墨粉尘，同时，在石墨基底表面形成微孔，使SiC内层与石墨之间形成咬合，提高SiC内层与石墨的界面结合强度，并提高石墨与涂层间的物理相容性。

本发明用硅粉末包埋加热工艺(化学热处理)的方法进行表面高温渗硅处理，制备SiC内层。此工艺制备SiC层制备温度低(1050℃)，而且均匀致密，对气体碳有良好阻挡作用，热膨胀系数(4.0×10^-6/cm)间于石墨(1.0×10^-6/cm)与难熔金属钨(5.5×10^-6/cm)之间。缓解了石墨和钨、铝或钽等金属之间的热膨胀失配，因此具有良好的物理相容性。