专利名称：航空tc4钛板涂层及钛板的处理方法
技术领域：
本发明属于航天航空技术领域，涉及ー种航空TC4钛板涂层，本发明还涉及采用该涂层处理钛板的方法。
背景技术：
航空TC4钛板是现代飞机蒙皮专用材料，也是国际典型的钛合金，化学成分为Ti-6AL-4V，该材料规格为 I. 2-1. 5mmX 800_900mmX 2100-2200mm，执行标准 AMS 4911し航空TC4钛板需求量最大的是美国波音公司、欧洲空客。航空TC4钛板在加热过程中极易和空气中O2结合，形成Ti02、Ti2O3，有相当部分直接渗透到钛板的机体，导致材料在轧制过程中出现裂纹，导致最終性能不符合要求。航空TC4钛板在生产过程中，首先经过锻造、表面扒皮、清除表面污染后开始热车し钛板坯在加热、轧制过程中温度在450°C -1150°C和空气的氧发生反应，形成TiO2和Ti2O3这两种化合物大部分从钛金属表面脱离，但有相当部分直接滲透到钛的表层，深度可达2mm，这种污染对产品的质量和性能威胁极大。目前通常采用以下做法避免钛板氧化在电炉加热950°C-1100°C温度条件下，然后通常采用金属包覆法(把加热的钛板坯四周用其它金属包覆)或涂层法(钛表面涂化学物质)或爆炸复合法(钛板坯在加热前用炸药包覆一层很薄的纯钛)，来解决航空TC4钛板加热污染的问题。污染后所造成的结果是，钛板坯在轧制过程中表面发生明显裂纹，裂纹的深度达到2mm-3mm，整个板面30%出现这种情況，是比较典型的；如果采取涂层、金属包覆、爆炸复合等方法加以保护防止空气和钛表面发生反应，可以减轻这种污染程度80%，但是这三种方法各有利弊，从根本上还不能彻底的解决污染问题，空气中的氧还有部分滲透到钛表面，对于军エ和航空所需要的TC4板材是绝对不允许的，结果是成本率很低或质量不合格。
发明内容
本发明的目的是提供ー种航空TC4钛板涂层，解决了 TC4钛板在加热时易氧化的问题，不会污染钛板，同时还保证钛板具有优良的エ艺性能。本发明的另ー目的是提供上述航空TC4钛板涂层处理钛板的方法。本发明所采用的技术方案是，航空TC4钛板涂层，分为里涂层与外涂层两层，里涂层按照质量百分比，由以下原料组成Ti0235%-42%, B4C6%-11%, K2O · Si0224%_28%，B20316%-22%，Mg06%-10% ;以上原料的质量百分比总和为100% ;外涂层按照质量百分比，由以下原料组成B2030. 7%-2. 0%, AL20336%-46%, Si0230%-32%, K0H23. 3%-30%,以上原料的质量百分比总和为100%。本发明所采用的另ー技术方案是，航空TC4钛板涂层处理钛板的方法，具体按照以下步骤进行
步骤I 清洗TC4钛板板还；
步骤2按照质量百分比，称取35%-42% 的 TiO2,6%-11% 的 B4C, 24%_28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B2O3,6%-10%的MgO ；以上原料的质量百分比总和为100% ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干；步骤3按照质量百分比，称取O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%_46% 的 AL2O3, 30%-32% 的 SiO2, 23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的质量百分比总和为100% ;然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O. 3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。本发明的有益效果是，外涂层化学成份氧化硼、三氧化ニ铝、石英粉，该层主要解决航空TC4钛板坯在加热温度450°C-1150°C区间，防止与空气中的氧发生化学反应而引起的污染。里涂层直接涂在TC4钛板坯表面，在加热温度450°C -1150°C区间，具有与钛不发生任何反应特点，化学性能稳定，解决外涂层本身化学成份对钛表面具有一定污染，起隔绝作用。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的航空TC4钛板涂层，分为里涂层与外涂层两层，里涂层按照质量百分比，由以下原料组成Ti0235%-42%, B4C6%_11%，K2O · Si0224%_28%，B20316%-22%, Mg06%-10% ；以上原料的质量百分比总和为100% ；外涂层按照质量百分比，由以下原料组成B2O3O. 7%-2. 0%, AL20336%_46%，Si0230%_32%，K0H23. 3%_30%，以上原料的质量百分比总和为100%O本发明的里涂层当中，氧化钛TiO2:氧化钛形成完整的附着体系，在常温和高温(1150°C)化学稳定性非常好，不与钛发生任何反应，可以有效的防止钛在加热时与空气的任何气体发生反应，是里涂层防止外涂层与钛表面发生反应的原料。碳化硼B4C:钛在加热温度在1000°C以上吋，与外层的AL2O3和B2O3发生反应，生成9AL203 ·2Β203的柱状晶体，形成玻璃状流体分布在钛板坯表面，这种玻璃状流体可以承受20MPa的压强，提高高温时的抗压强度，而且生成的9AL203 ·2Β203晶体，体积膨胀，可以在钛轧制过程中，随着数倍的变形、数倍的板材伸长而延伸。是里涂层的主体材料。硅酸钾K2O · SiO2 :起到保护涂层的作用，化学性能稳定，在350°C _1156°C与钛金属表面不发生任何化学反应。氧化硼B2O3 :熔点为450°C，是制造玻璃的重要原材料，利用该材料熔点低的特点，防止450°C _700°C之间的钛氧化。氧化镁MgO:起到逐渐吸收空气中的水分和ニ氧化碳。隔绝材料。是里涂层为防止外涂层在高温时对钛表面污染最有效的材料。
本发明的外涂层当中，AL2O3:用这种粉末耐高温，化学性质比较稳定，是外涂层的主要材料，实验证明该材料是防止氧化的重要材料。SiO2 :利用该材料在450°C以上具有一定软化、粘度的作用，随着金属的变形，能够均匀的附在表面，膨胀系数小。同时，可以有效的防止钛加热是氧化作用。
氧化硼B2O3作用在室温下，无色玻璃状晶体或粉末，熔点为450°C，利用该物质熔点低的特点，来保证钛合金加热时450°C -700°C的区间表面润滑和隔绝空气和钛发生反应。KOH的作用该物质在熔点360°C，沸点1320°C，极易从空气中吸收水分和ニ氧化碳(生成碳酸钾)，该物质涂在外涂层上，可有效的吸收空气中的水份，减缓钛表面氧化。本发明的航空TC4钛板涂层处理钛板的方法，具体按照以下步骤进行步骤I清洗TC4钛板板还；步骤2按照质量百分比，称取35%-42% 的 TiO2,6%_11% 的 B4C, 24%_28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B2O3,6%-10%的MgO ；以上原料的质量百分比总和为100% ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干；步骤3按照质量百分比，称取O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%_46% 的 AL2O3, 30%_32% 的 SiO2,23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的质量百分比总和为100% ;然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O. 3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。里涂层和外涂层全部涂在钛板坯后，即可按常规钛合金板坯生产エ艺进行加热、车L制。把钛板坯在加热时,人们常习惯ー种涂层来防止钛合金板坯污染和氧化,但问题是涂层化学成分本身就对钛合金板坯构成微量污染，因此涂ー种涂层后，虽然基本解决了钛合金在加热时和空气的污染，但与此同时，它的副作用是涂层某些元素和钛表面发生微量化学反应，对于要求严格的飞机专用材料是不允许的。本发明的思路是，涂层分解为里涂层和外涂层，里涂层主要性能是防止和隔绝外涂层，保证钛板坯加热时不被外涂层某些化学成分污染，而外涂层的作用主要是防止空气和钛氧化，并和金属变形时延伸。里涂层直接接触钛表面，再涂外涂层，外涂层可以完全有效的隔绝钛板坯在加热时和空气氧发生反应，两者缺ー不可。实施例I清洗TC4钛板板坯；按照质量百分比，称取42%的TiO2,6%的B4C, 24%的K2O-SiO2,22%的B2O3,6%的MgO ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干；然后按照质量百分比，称取O. 7%的B2O3,46%的AL2O3, 30%的SiO2, 23. 3%的Κ0Η，然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O. 3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。实施例2清洗TC4钛板板坯；按照质量百分比，称取35%的TiO2,11%的B4C, 28%的K2O-SiO2,16%的B2O3,10%的MgO ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干；然后按照质量百分比，称取2%的B2O3, 36%的AL2O3, 32%的SiO2, 30%的Κ0Η，然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O. 3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。实施例3清洗TC4钛板板坯；按照质量百分比，称取38%的TiO2,9%的B4C, 26%的K2O-SiO2,19%的B2O3,8%的MgO ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干；然后按照质量百分比，称取I. 5%的B2O3,41%的AL2O3, 31%的SiO2, 26. 5%的Κ0Η，然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O. 3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。将实施例1-3中处理过后的TC4钛板分别轧制5mm、10mm、8mm,分别在1000°C、800900°C的温度下加热60分钟，与没有加热的涂层处理过后的TC4钛板进行检测，其弯曲角见表I :表I
试样加热温度加热时间I弯_角a (°)~备注 序号(°C)(min)
实施10006035板坯厚度
例I100，轧制
成5mm
实施8006033板坯厚度例 2100,轧制
成 IOmm
实施9006033板坯厚度
例3100,轧制
成8mm
对比30没有经过
例加热的样
ロ
m弯曲角是检测钛表面污染通用的方法，按我国的GB6613-86标准，航空TC4钛板弯曲角不得小于30°，弯曲角是检验钛表面污染通用方法，弯曲角大于30°可以认为表面无污染。通过表I可以明显的说明，经2次涂层后对航空TC4钛板无污染的迹象，弯曲角在加热时和没有加热时的材料性能相近。·
权利要求
1.一种航空TC4钛板涂层，其特征在于，分为里涂层与外涂层两层，所述里涂层按照质量百分比，由以下原料组成Ti023 5%-42%, B4C6%-11%, K2O · Si0224%-28%, B2O3 16%_22%，MgO 6%-10% ；以上原料的质量百分比总和为100% ； 所述外涂层按照质量百分比，由以下原料组成 B2O3O. 7%-2. 0%, AL20336%-46%, Si0230%-32%, K0H23. 3%-30%,以上原料的质量百分比总和为100%ο
2.一种航空TC4钛板涂层处理钛板的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行 步骤I 清洗TC4钛板板坯； 步骤2 按照质量百分比，称取 35%-42% 的 Ti02,6%-ll% 的 B4C, 24%-28% 的 K2O · SiO2,16%-22%的B203，6%-10%的MgO ;以上原料的质量百分比总和为100% ;然后将各原料混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，制得里涂层涂料，然后将里涂层涂料刷在TC4钛板坯表面，厚度O. 3mm,自然风干； 步骤3按照质量百分比，称取 O. 7%-2. 0% 的 B2O3, 36%-46% 的 AL2O3, 30%-32% 的 SiO2, 23. 3%-30%的Κ0Η，以上原料的质量百分比总和为100% ;然后混合，在球磨机上球磨形成粉末状的混合物，粒度在350-450目；再加入清漆与香蕉水，搅拌至合适粘度，刷在内涂层外表面，厚度O.3mm,自然风干，即完成对TC4钛板的处理。
全文摘要
本发明公开了航空TC4钛板涂层，分为里涂层与外涂层两层，里涂层按照质量百分比，由以下原料组成TiO235%-42%，B4C6%-11%，K2O·SiO224%-28%，B2O3 16%-22%，MgO6%-10%；以上原料的质量百分比总和为100%；外涂层按照质量百分比，由以下原料组成B2O30.7%-2.0%，AL2O336%-46%，SiO230%-32%，KOH23.3%-30%，以上原料的质量百分比总和为100%。本发明还提供了该涂层处理钛板的方法，将制得的里涂层和外涂层依次刷在钛板表面即解决了TC4钛板在加热时易氧化的问题，同时还保证钛板的工艺性能。
文档编号C09D7/12GK102675952SQ20121016524
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者戚辉 申请人:宝鸡宝冶钛镍制造有限责任公司