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CN109320267B - 一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法 Download PDF

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CN109320267B CN201811227387.9A CN201811227387A CN109320267B CN 109320267 B CN109320267 B CN 109320267B CN 201811227387 A CN201811227387 A CN 201811227387A CN 109320267 B CN109320267 B CN 109320267B
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Abstract

本发明涉及无机防护涂层技术，特别提供一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法。该涂层为搪瓷釉与石英、粘土等填充物组成的搪瓷涂层体系，搪瓷釉65～85％，石英10～20％，高岭土5～15％。搪瓷釉的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝2～5％，三氧化二硼2～5％，三氧化二铬4～8％，氧化钡22～28％，氧化锶2～8％，二氧化锆2～5％，氧化钙2～5％。本发明选择高温稳定的石英颗粒以及悬浮性能佳、成本低廉的高岭土作为填充物，制备的搪瓷涂层结构致密、高温稳定性好、软化点与热膨胀系数可调、烧成温度范围广。涂覆于钛及钛合金表面，可隔绝氧化气氛，减少合金热处理过程的氧化损耗，且热处理后涂层可通过简单的喷砂去除。

Description

一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机防护涂层技术，特别提供一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法。
背景技术
钛在地球中储量丰富，是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属材料。因其具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛合金受到全世界范围内材料研究者的关注，在工业领域中的应用也逐渐增多。然而，当前70％以上的钛都被用于航空航天或者国防军工领域，在民用工业领域中的应用明显偏少。究其原因，主要是钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氧、氢、氮、碳等杂质，中间过程损耗大。结果，使得钛合金的价格十分昂贵。所以，降低钛合金热加工过程中的材料损失、提高工件合格率对于整个钛合金制造业的发展有至关重要的作用。
钛合金暴露在超过600℃的空气中氧化时速度快，并可迅速吸氧在表面生成一层多孔易碎的片状氧化皮和一层硬而脆的富氧层。通常，钛合金热加工温度远超600℃(最高可达1200℃)，氧化速度较600℃有数量级形式的增加。氧化层和污染层的存在大幅度降低钛合金的机械性能，热加工完毕后喷砂不能完全去除表面损坏层，需再使用HF+HNO3长时间的酸洗。如此，将造成约2.2％的钛损失以及额外的加工费用，氧化严重时甚至可导致零件报废。此外，在钛合金的锻造、轧制、挤压过程中所产生的氧化皮，还会损坏模具，进一步提高成本。为了保证航天器的安全和稳定，大多数钛制零部件的热处理被迫选择在高成本的真空或惰性气体保护环境下。即使如此，高热工件在转移的过程中依然会发生氧化。由于，钛与氧的亲和力高，即便采用真空或惰性气体保护也不能完全阻止表面污染层的产生。
早在上世纪七八十年代，美苏两国就已将热加工临时保护涂层用于各种金属热加工时的润滑和防氧化，但这些配方对外一直严格保密。如今中国虽已自主研发一些涂层，但其高温服役时间短，一般不超过五个小时。对于部分钛制零部件需要长时间热处理时，该临时保护涂层的防护效果有限。所以，研究一种高温服役寿命长、热加工完毕后可通过简单方式去除的钛合金用临时保护涂层，对于减少钛的加工损耗、降低钛合金加工成本有着十分重要的意义。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层及其制备方法，仅需使用市场可直接采购的原料制作，制备工艺简单、成本低廉的搪瓷涂层可用于钛合金1200℃热加工(热处理)过程的高温防护，减少钛合金的热加工损耗，且在合金热加工完毕后通过简易的喷砂处理去除涂层。
本发明的技术方案是：
一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层，临时保护涂层为自剥落型搪瓷基复合涂层，由搪瓷釉以及石英、高岭土填充物共同组成；按照质量百分比计，搪瓷釉65～85％，石英10～20％，高岭土5～15％。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层，按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝2～5％，三氧化二硼2～5％，三氧化二铬4～8％，氧化钡22～28％，氧化锶2～8％，二氧化锆2～5％，氧化钙2～5％。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层，石英颗粒的粒径范围为1～10μm。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，涂层的制备工艺包括：(1)搪瓷釉制备；(2)料浆制备；(3)料浆涂敷；(4)涂层干燥入炉；(5)空气冷却。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，搪瓷釉制备过程如下：(1)按配方配置原料粉体，并在行星式球磨机内混合1～3小时；(2)混合的粉体经1600～1700℃高温熔炼0.5～2小时后，水淬成玻璃釉块；(3)将玻璃釉块装入玛瑙罐中，采用行星式球磨机球磨100～200小时；(4)将球磨后获得的玻璃釉粉过200目筛。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，料浆制备过程如下：将搪瓷釉以及石英、高岭土混合，采用高速搅拌分散机或其他机械方法使固体颗粒物质均匀混合，得到混合粉末；将混合粉末与纯净水以质量比(1.5～2.5):1的比例混合，充分搅拌，静置待气泡逸出形成料浆。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，料浆涂敷的方法为常温大气喷涂、刷涂或者浸涂，常温大气喷涂的喷涂压力为0.3～0.5MPa，涂层厚度不超过300μm。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，优选的，涂层厚度为150～250μm。
所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，涂层干燥在无风环境中进行，干燥速度不宜过快，在50～70℃干燥0.5～1小时，调整干燥速度和温度至涂层不出现明显的开裂即可。
本发明中，所述高温搪瓷涂层的性能指标如下：
针对TC4、Ti80、纯钛等钛及钛合金材料，表面经高温搪瓷涂层涂覆后，1000～1200℃热处理时，钛及钛合金的损耗速度小于10μm/h，高温服役寿命可达20h；钛合金热处理完毕后，钛合金的影响区小于100μm，搪瓷涂层与钛合金涂层界面区疏松，后续可通过简单的喷砂去除涂层。
本发明的设计思想是：
本发明搪瓷涂层中瓷釉网络形成剂组元与助溶剂组元成分与含量设计合理，在保证瓷釉高温强度的同时尽可能提高其高温流动性，提高涂层的烧结致密度；碱土金属氧化物(氧化钡、氧化锶等)代替(氧化钠、氧化钾等)碱金属氧化物作为瓷釉助溶剂组元，以提高涂层高温强度和高温稳定性；采用石英颗粒、高岭土填充物，通过填充物与瓷釉间的界面反应，原位提高瓷釉软化点，进而提高搪瓷涂层的服役温度至1000～1200℃，高温服役寿命至少20小时；同时，高岭土还可改善料浆悬浮性能，以提高喷涂性。最终，制备的该高温搪瓷涂层涂覆于钛或钛合金表面，在合金于1000～1200℃热处理时起到临时保护作用，保护时间可达20小时，且热处理完毕后可通过简易的喷砂处理完全去除涂层。
本发明的优点及效果是：
1、本发明研制的涂层致密，能够完全隔绝高温炉气与金属基体之间的高温反应。
2、本发明研制的搪瓷涂层，釉配方具有较宽的烧成温度和烧成时间范围，通过调节磨加料的比例可以适用于不同的加热温度和时间区间。
3、本发明的涂层与钛合金界面层疏松，热处理后可通过简易的喷砂处理去除涂层，减少后续处理的工时和经济损耗。
4、本发明适用于钛、钛合金以及其他金属材料零件在1000～1200℃温度区间热处理时的临时保护。
附图说明：
图1为TC4合金表面原始(未经热处理)搪瓷涂层宏观形貌照片。
图2为TC4合金表面搪瓷涂层经1200℃热处理5h后宏观形貌及剥落碎片。
图3为TC4合金表面搪瓷涂层经1200℃热处理5h后开裂失效宏观形貌及剥落碎片。
图4为Ti60合金表面搪瓷涂层经1200℃热处理10h后宏观形貌照片。
图5为涂覆搪瓷涂层的TC4合金经1200℃热处理5h后截面背散射电子照片。
图6为TC4合金表面原始(未经热处理)搪瓷涂层开裂后宏观形貌照片。
图7为涂覆搪瓷涂层的Ti80合金经1200℃热处理15h后截面背散射电子照片。
图8为涂覆搪瓷涂层的TC4合金经1200℃热处理20h后截面背散射电子照片。
图9为涂覆搪瓷涂层的TC4合金经1200℃热处理20h后金相显微照片。
图10为涂覆搪瓷涂层的TC4合金经1200℃热处理5h和20h时的合金显微硬度；其中，纵坐标hardness(HV0.1)为合金维氏硬度值，横坐标depth为测量点距离合金/涂层界面处的深度(μm)。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明用于钛合金热处理过程的临时保护自剥落搪瓷涂层由搪瓷釉以及石英、高岭土等填充物共同组成。其中，按照质量百分比计，搪瓷釉65～85％，石英颗粒10～20％，高岭土5～15％；按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝2～5％，三氧化二硼2～5％，三氧化二铬4～8％，氧化钡22～28％，氧化锶2～8％，二氧化锆2～5％，氧化钙2～5％。本发明通过搪瓷釉的配方设计、难熔石英颗粒以及高岭土填充，提高瓷釉强度、耐温性，改善涂层高温流动性以及料浆的悬浮性能，制备的高温搪瓷涂层结构致密、与钛合金匹配、强度适中，可用于钛合金1000～1200℃长时间(5～20小时)热处理过程的临时保护涂层。热处理完毕后，合金冷却产生的压应力大，界面层疏松，通过简易的喷砂处理可完全去除涂层。
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述，应理解这些方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，TC4合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅52％，三氧化二铝3％，三氧化二硼3％，三氧化二铬6％，氧化钡25％，氧化锶5％，二氧化锆3％，氧化钙3％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1650℃，均速加热1小时；
1650℃恒温1小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为75：15：10配置复合搪瓷粉末，按照2g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用浸涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的TC4钛合金样品表面，然后经50℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。如图1所示，烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理5小时后取出空冷。如图2所示，合金表面涂层基本剥落，剥落发生在涂层取出空冷阶段，剥落面积约80～90％，残余的搪瓷涂层可通过后续喷砂完全去除。剥落区的合金未发生二次氧化，剥落产物主要为搪瓷涂层，涂层内未发现明显的合金氧化产物，即合金基体在热处理过程中得到很好的保护。
对比例1
与实施例1不同之处在于，按照质量百分比计，搪瓷釉的配方更改为：二氧化硅58％，三氧化二铝5％，三氧化二硼3％，三氧化二铬6％，氧化钡20％，氧化锶3％，二氧化锆3％，氧化钙2％。制备的涂层表面依然均匀完整，与图1类似。
将涂覆有该涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理5小时后取出空冷。如图3所示，合金表面涂层部分区域发生严重氧化，涂层有开裂迹象。结果显示，由于搪瓷釉中网络形成剂组元二氧化硅含量过高，而助溶剂组元氧化钡含量偏低，致使涂层流动性差，涂层烧成困难，表面开裂，防护性能下降，合金基体在热处理过程中发生局部氧化。
对比例2
与实施例1不同之处在于，搪瓷涂层中搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土的重量配比为60：25：15。制备的涂层表面依然均匀完整，与图1类似。
将涂覆有该涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理5小时后取出空冷。与图3类似，在合金表面的部分区域发生严重氧化，涂层有开裂迹象。结果显示，由于所添加的石英颗粒量过高，石英颗粒与瓷釉的界面反应，降低涂层流动性，涂层烧成困难，表面开裂，合金基体在热处理过程中发生局部氧化。
对比例3
与实施例1不同之处在于，涂覆涂层的钛合金热处理温度更改为1000℃。将涂覆有该临时保护涂层的TC4合金，放入1000℃马弗炉中热处理5小时后取出空冷。结果与图2类似，合金表面涂层大块剥落，剥落面积约50％。残余的搪瓷涂层可通过喷砂完全去除，剥落区的合金未发生二次氧化，剥落产物主要为搪瓷涂层，涂层内未发现明显的合金氧化产物，即合金基体在热处理过程中得到很好的保护。
实施例2
本实施例中，Ti60合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅55％，三氧化二铝2％，三氧化二硼3％，三氧化二铬4％，氧化钡25％，氧化锶5％，二氧化锆3％，氧化钙3％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1650℃，均速加热1小时；
1650℃恒温1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为85：10：5配置复合搪瓷粉末，按照2.5g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用喷涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的Ti60钛合金样品表面，喷涂压力为0.4MPa。然后在60℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。涂层烘干形貌类似于图1。烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的Ti60合金，放入1200℃马弗炉中热处理10小时后取出空冷。如图4所示，合金表面涂层并未剥落，但是呈现搪瓷涂层的本色(绿色)，合金基体在热处理过程中得到很好的保护。
实施例3
本实施例中，TC4合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅50％，三氧化二铝5％，三氧化二硼4％，三氧化二铬8％，氧化钡22％，氧化锶5％，二氧化锆4％，氧化钙2％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1600℃，均速加热1小时；
1600℃恒温1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为65：20：15配置复合搪瓷粉末，按照2g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用刷涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的TC4合金样品表面。然后在60℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。涂层烘干形貌类似于图1。烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理5小时后取出空冷。与图4类似，合金表面涂层并未剥落，但是呈现搪瓷涂层的本色(绿色)，合金基体在热处理过程中得到很好的保护。对热处理后的涂层截面进行分析，如图5所示，涂层厚度180μm。在涂层与合金的界面处形成15～20μm厚的界面层，且界面层内疏松多孔，保证搪瓷涂层在后续喷砂处理过程中能够被轻易去除。在界面层下方，合金基体组织结构未受到明显影响，进一步说明该临时涂层对合金基体的高温防护效果非常优异。
对比例4
与实施例3不同之处在于，配备复合搪瓷料浆时，复合搪瓷粉与去离子水的比例为3mg：1ml。未热处理前，搪瓷临时保护涂层宏观形貌如图6所示，搪瓷表面存在一贯穿式主裂纹。主要原因在于喷涂料浆浓度过高，烘干时涂层内应力大，致使开裂。
对比例5
与实施例3不同之处在于，配备复合搪瓷料浆时，复合搪瓷粉与去离子水的比例为1mg：1ml。未热处理前，搪瓷临时保护表面厚薄不均。其主要原因为搪瓷料浆过稀，喷涂时料浆易流动并在悬挂样品底端汇聚，致使涂层顶端薄而底部厚，厚薄不均影响防护效果。
实施例4
本实施例中，Ti80合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅53％，三氧化二铝4％，三氧化二硼2％，三氧化二铬4％，氧化钡25％，氧化锶5％，二氧化锆2％，氧化钙5％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1650℃，均速加热1小时；
1650℃恒温2小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为75：10：15配置复合搪瓷粉末，按照2g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用浸涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的Ti80合金样品表面。然后在60℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。涂层烘干形貌类似于图1。烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的Ti80合金，放入1200℃马弗炉中热处理15小时后取出空冷。对热处理后的涂层截面进行分析，如图7所示，涂层厚度210μm。在涂层与合金的界面处形成约15μm厚的界面层，界面层内疏松多孔，保证搪瓷涂层在后续喷砂处理过程中能够被轻易去除。在界面层下方，合金基体组织结构未受到明显影响，说明该临时涂层对合金基体的高温防护效果非常优异。
对比例6
与实施例4不同之处在于，合金热处理温度为1000℃。经热处理15h厚，涂层截面形貌与图7类似，合金基体仅在界面处有轻微损坏，界面下方未受到明显影响。
对比例7
与实施例4不同之处在于，合金热处理温度为1100℃。经热处理15h厚，涂层截面形貌与图7类似，合金基体仅在界面处有轻微损坏，界面下方未受到明显影响。
实施例5
与实施例4不同之处在于，所选合金基体为工业纯钛，制备搪瓷基临时保护涂层。合金经1200℃热处理15h后，涂层截面形貌与图7类似，合金基体仅在界面处有轻微损坏，界面下方未受到明显影响。
实施例6
本实施例中，TC4合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅54％，三氧化二铝4％，三氧化二硼4％，三氧化二铬7％，氧化钡22％，氧化锶4％，二氧化锆3％，氧化钙2％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1700℃，均速加热1小时；
1700℃恒温1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为65：20：15配置复合搪瓷粉末，按照2g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用浸涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的TC4合金样品表面。然后在60℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。涂层烘干形貌类似于图1。烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理20小时后取出空冷。与图4类似，合金表面涂层并未剥落，合金基体在热处理过程中得到很好的保护。对热处理后的涂层截面进行分析，如图8所示，涂层厚度240μm。在涂层与合金的界面处形成约15μm厚的界面层，且界面层内疏松多孔，保证搪瓷涂层在后续喷砂处理过程中能够被轻易去除。在界面层下方，合金基体组织结构未受到明显影响，进一步说明该临时涂层对合金基体的高温防护效果非常优异。
实施例7
本实施例中，TC4合金为基体，制备该搪瓷基临时保护涂层，其制备工艺如下：
(1)搪瓷釉料熔炼：
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅51％，三氧化二铝4％，三氧化二硼4％，三氧化二铬7％，氧化钡25％，氧化锶4％，二氧化锆3％，氧化钙2％。
将以上氧化物球磨混合，转速320转/分，时间2小时，混合均匀后进行加热熔炼，熔炼工艺如下：
RT(室温)→500℃，均速加热1小时；
500℃→1000℃，均速加热30分钟；
1000℃→1650℃，均速加热1小时；
1650℃恒温1.5小时后水淬得到搪瓷釉颗粒。
(2)搪瓷微粉制备：将水淬后得到的搪瓷釉料，经行星式球磨(转速320转/分，时间100小时)制备粒径小于10μm的搪瓷微粉。
(3)按照搪瓷微粉与石英颗粒、高岭土按重量比为65：20：15配置复合搪瓷粉末，按照2g复合搪瓷粉：1ml去离子水的比例配备复合搪瓷料浆，充分搅拌。
(4)采用喷涂法将搪瓷料浆涂覆于喷砂处理过的TC4合金样品表面，喷涂压力为0.5MPa。然后在70℃干燥箱内无风干燥1h，得到该临时保护涂层。涂层烘干形貌类似于图1。烘干后的涂层表面均匀完整，对合金基体完全覆盖。
将涂覆有该临时保护涂层的TC4合金，放入1200℃马弗炉中热处理20小时后取出空冷。与图4类似，合金表面涂层并未剥落，合金基体在热处理过程中得到很好的保护，对热处理后的涂层截面进行金相分析。如图9所示，基体表层组织为标准的空冷组织，说明搪瓷涂层的防护效果优异。
测试热处理后，涂层下方基体合金硬度值。如图10所示，在热处理温度为5h和20h时，涂层下方合金的硬度值基本相同。且随着测试点由涂层/合金界面向合金深处移动，硬度值也基本维持不变，说明热处理过程中合金表层并未受到明显的氧化影响，表面亦没有氧污染层，进一步说明搪瓷基临时保护涂层的优异防护效果。
受限于试样的大小，此时试样的缺陷处，如：手工倒角和挂孔部位已经发生氧化，缺陷处的氧化膜会迅速长大并破坏涂层的完整性，但这两处缺陷都是可以通过简单的工序克服。
实施例和比较例结果表明，本发明选择高温稳定的石英颗粒以及悬浮性能佳、成本低廉的高岭土作为填充物，制备的搪瓷涂层结构致密、高温稳定性好、软化点与热膨胀系数可调、烧成温度范围广。该涂层涂覆于钛及钛合金表面，可隔绝氧化气氛，减少合金热处理过程的氧化损耗，且热处理后涂层可通过简单的喷砂去除。
另外，以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例而已，不能以此局限本发明之权利范围，所述金属用热处理临时防护涂层还可应用于其它类型的材料如不锈钢部件的防护。因此，依本发明的技术方案和技术思路做出其它各种相应的改变和变形，仍属本发明所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于钛合金热处理过程的临时保护涂层，其特征在于，临时保护涂层为自剥落型搪瓷基复合涂层，由搪瓷釉以及石英、高岭土填充物共同组成；按照质量百分比计，搪瓷釉65～85％，石英10～20％，高岭土5～15％；
按照质量百分比计，搪瓷釉的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝2～5％，三氧化二硼2～5％，三氧化二铬4～8％，氧化钡22～28％，氧化锶2～8％，二氧化锆2～5％，氧化钙2～5％。
2.按照权利要求1所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层，其特征在于，石英颗粒的粒径范围为1～10μm。
3.一种权利要求1至2之一所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，涂层的制备工艺包括：(1)搪瓷釉制备；(2)料浆制备；(3)料浆涂敷；(4)涂层干燥入炉；(5)空气冷却。
4.按照权利要求3所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，搪瓷釉制备过程如下：(1)按配方配置原料粉体，并在行星式球磨机内混合1～3小时；(2)混合的粉体经1600～1700℃高温熔炼0.5～2小时后，水淬成玻璃釉块；(3)将玻璃釉块装入玛瑙罐中，采用行星式球磨机球磨100～200小时；(4)将球磨后获得的玻璃釉粉过200目筛。
5.按照权利要求3所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，料浆制备过程如下：将搪瓷釉以及石英、高岭土混合，采用高速搅拌分散机或其他机械方法使固体颗粒物质均匀混合，得到混合粉末；将混合粉末与纯净水以质量比(1.5～2.5):1的比例混合，充分搅拌，静置待气泡逸出形成料浆。
6.按照权利要求3所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，料浆涂敷的方法为常温大气喷涂、刷涂或者浸涂，常温大气喷涂的喷涂压力为0.3～0.5MPa，涂层厚度不超过300μm。
7.按照权利要求6所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，优选的，涂层厚度为150～250μm。
8.按照权利要求3所述的用于钛合金热处理过程的临时保护涂层的制备方法，其特征在于，涂层干燥在无风环境中进行，干燥速度不宜过快，在50～70℃干燥0.5～1小时，调整干燥速度和温度至涂层不出现明显的开裂即可。
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