[发明专利]高温防氧化玻璃-陶瓷涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属用高温防氧化涂料领域，尤其涉及一种钛合金用玻璃-陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

钛以其比重轻、强度高、耐蚀性好等三大特征，广泛应用于宇航、体育、医疗及化学工业等领域。但是，钛的最高使用温度受其氧化特性的限制，其最高使用温度范围在540～800℃之间。钛合金在500℃以下时，致密的氧化膜能牢固附着在钛合金的表面，阻止氧继续向内扩散，但当高于700℃时，氧化膜完全失去保护作用，进入合金表层区域内的氧通过脆化效应会直接影响合金的力学性能。因此，抗氧化性差是影响钛合金广泛应用的因素之一，提高抗氧化性成为钛合金研究的一个主方向。

目前玻璃-陶瓷涂料已广泛应用于钛合金的热处理过程中，涂料除保护基体不被氧化腐蚀外，还具有防止工件的脱碳、渗碳，在模锻中起润滑作用等功能。在涂料的研究工作中，对于涂料用粘结剂的选择，多以水玻璃(硅酸钠、硅酸钾)、硅溶胶为主。但由于大量Na⁺、K⁺在较高温度下会对金属有很强的腐蚀活性，在热处理过程中和金属表面氧化层起反应，从而使基体露出表面，受到氧化和腐蚀。以硅溶胶为粘结剂的涂料则与基体之间的附着力较差，容易从基体上脱落而使基体受到氧化。因此，粘结剂的选择对涂料高温防氧化性能有着重要的影响，受到粘结剂性能的限制，一定程度上限制了现有涂料在钛合金高温防护方面的应用。

发明内容

鉴于现有技术所存在的问题，本发明旨在提供一种具有较低软化起始温度(500℃)高温防氧化玻璃-陶瓷涂料及其制备方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种高温防氧化玻璃-陶瓷涂料，由涂料粉体与粘结剂混合而成，其特征在于：

所述涂料粉体是通过高温固相反应制得的硅酸盐玻璃粉体过200～700目筛而得；

所述粘结剂是在二氧化硅碱溶胶中添加了聚氨酯混合而成，所述聚氨酯为聚氨酯涂料或聚氨酯胶黏剂；

所述涂料中各组分的质量分数wt.％为：玻璃粉体35～50％、二氧化硅碱溶胶35～50％、聚氨酯5～15％；

所述硅酸盐玻璃粉体的原料配比，按质量分数wt.％为：SiO₂ 35～50％，Al₂O₃ 2～15％，B₂O₃ 15～40％，TiO₂ 0～20％，Fe₂O₃ 0～15％，MgO 0～10％。

所述聚氨酯可采用芳香族异氰酸酯预聚体。

所述玻璃-陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)高温固相反应法制备硅酸盐玻璃粉体，具体操作如下：先将一定配比的硅酸盐玻璃料进行球磨混合15～20h，然后在高温熔炉中加热至1200～1500℃下保温2～5h，迅速将高温玻璃熔体倒入冷水中冷激、粉碎成细玻璃粒，再将玻璃粒球磨15～24h后，经200～700目筛筛分得到玻璃粉体；

(2)采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅碱溶胶，其具体操作如下：以正硅酸乙酯为前躯体，按一定比例将正硅酸乙酯TEOS、无水乙醇Eth、浓氨水混合，在磁力搅拌器上快速搅拌使之混合均匀，反应20～30min后，室温下静止陈化15～24h，即可得到乳浊半透明的溶胶；

(3)按一定配比将玻璃粉体、二氧化硅碱溶胶、聚氨酯电磁搅拌混合2～4h制成涂料料浆悬浮体；

步骤(1)中，所述硅酸盐玻璃料的成分配比，按质量分数wt.％为：SiO₂ 35～50％，Al₂O₃2～15％，B₂O₃ 15～40％，TiO₂ 0～20％，Fe₂O₃ 0～15％，MgO 0～10％；

所述球磨以水为助磨剂，球磨机正反各交替运行20～30min为一个周期，两个周期之间间隔4～6min，球磨转速为350～450r/min；

所述高温熔炉中所述硅酸盐玻璃料的熔炼过程分为四个阶段：

第一阶段，室温～300℃，升温速率7～10℃/min，300℃保温8～15min；

第二阶段，300～600℃，升温速率7～10℃/min；

第三阶段，600～1000℃，升温速率3～5℃/min，1000℃保温20～30min；