專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熔鈦用坩堝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熔煉鈦及鈦合金熔液的坩堝及其制造方法，屬鈦合金熔煉技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于鈦的熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)活潑，在熔煉時(shí)，幾乎能與所有坩堝用耐火材料如氧 化鋯、氧化鎂、氧化硅等發(fā)生反應(yīng)，因此，通常不能采用感應(yīng)爐熔煉。目前，鈦及鈦 合金的熔煉常采用真空自耗電極電弧凝殼爐熔煉和強(qiáng)制水冷銅坩堝冷卻。真空電弧凝 殼爐熔煉時(shí)先在銅坩堝壁上凝固形成一個(gè)薄層"凝殼"，起到保護(hù)鈦液，使之不被坩 堝材料污染及隔熱作用。由于水冷銅坩堝冷卻速度很快和形成凝殼使鈦液溫度場(chǎng)不均 勻，加上鈦合金在液態(tài)保持時(shí)間很短，使得澆注后的鑄件成分不均勻，對(duì)性能影響很 大。同時(shí)能耗高，增加了熔鈦的熔煉成本。為此氧化鈣或氮化硼坩堝曾用來(lái)熔煉鈦及 鈦合金。但由于氧化鈣琳?qǐng)搴茈y燒結(jié)成型，而且在空氣下容易水解。如用氧化鈣坩堝 熔煉，合金中的氧含量會(huì)增加，影響合金性能；氮化硼坩堝制作成本很高，強(qiáng)度低， 存在B、 N元素對(duì)合金液的污染，因此，氧化鈣或氮化硼坩堝就無(wú)法滿足高質(zhì)量合金 的要求。
石墨具有很高的耐熔煉度和強(qiáng)度，抗熱震性能優(yōu)良，是一種很好的耐高溫材料， 常用作熔銅等有色金屬的熔煉坩堝。但石墨與鈦會(huì)發(fā)生反應(yīng)，造成污染，嚴(yán)重影響鈦 及鈦合金的性能，因此不能直接作熔鈦的坩堝。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中高溫熔煉鈦合金過(guò)程中工藝復(fù)雜，能耗巨大，污染嚴(yán)重，成 分不均勻的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種熔鈦用坩堝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種熔鈦用坩堝的制造方法。 本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種熔鈦用坩堝，其特征在于該坩堝為石墨坩堝的內(nèi)表面有一復(fù)合涂層，該復(fù) 合涂層為內(nèi)層、過(guò)渡梯度涂層和外層三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為SiC薄層，過(guò)渡層由高溫穩(wěn)定 化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種與難熔金屬鎢、鉬或鉭中的一種組成，外層 為高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種。
3一種熔鈦用柑堝的制造方法，其特征在于該方法的工藝過(guò)程如下將加工好的石
墨坩堝的內(nèi)表面進(jìn)行超聲波凈化處理，再在900 1100'C下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，5 1 小時(shí)；然后石墨坩堝包埋在硅粉末中進(jìn)行表面高溫滲硅處理，形成致密SiC內(nèi)層；用 熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)將難熔金屬鎢、鉬或鉭中的一種與高溫穩(wěn)定化 合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種的混合物噴涂在內(nèi)層上形成過(guò)渡梯度涂層；并 將高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種噴涂在過(guò)渡梯度涂層上形成外 層；最后坩堝在氬氣保護(hù)下在1100 130(TC進(jìn)行0.5 1小時(shí)熱處理，形成牢固致密 并具有良好的抗熱震性的復(fù)合涂層。
上述制造方法中所述的過(guò)渡梯度涂層是由高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化 鈰中的一種的粉末與難熔金屬鎢、鉬或鉭中的一種的粉末以不同質(zhì)量比混合并用熱噴 涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)制備的亞三層，從內(nèi)向外，以高溫穩(wěn)定化合物與難 熔金屬質(zhì)量比計(jì)，第一亞層為l: 3，第二亞層為l: 1，第三亞層為3: 1。
具體實(shí)施例方式
熔鈦坩堝復(fù)合涂層的制備方法包括如下環(huán)節(jié)-
(1) 石墨基底預(yù)處理
(2) 石墨表面滲硅層的制備
(3) 高穩(wěn)定性化合物與難熔金屬組合形成的梯度涂層的制備
(4) 涂層整體化處理
石墨基底預(yù)處理，即將加工好的石墨坩堝的內(nèi)表面進(jìn)行超聲波凈化處理，再在 IOO(TC下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?小時(shí)，以減少揮發(fā)性碳源和附著在表面的石墨粉塵，同時(shí)， 在石墨基底表面形成微孔，使SiC內(nèi)層與石墨之間形成咬合，提高SiC內(nèi)層與石墨的 界面結(jié)合強(qiáng)度，并提高石墨與涂層間的物理相容性。
本發(fā)明用硅粉末包埋加熱工藝(化學(xué)熱處理)的方法進(jìn)行表面高溫滲硅處理，制 備SiC內(nèi)層。此工藝制備SiC層制備溫度低(105(TC)，而且均勻致密，對(duì)氣體碳有良 好阻擋作用，熱膨脹系數(shù)(4. OX 1(T/cm)間于石墨(1. OX 10—7cm)與難熔金屬鎢(5. 5 Xl(T7cm)之間。緩解了石墨和鎢、鉬或鉭等金屬之間的熱膨脹失配，因此具有良好 的物理相容性。
氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最不容易和鈦液起反應(yīng)的氧化物，熱 膨脹系數(shù)低，熔點(diǎn)高。鎢、鉬或鉅等金屬熔點(diǎn)高，但熱膨脹系數(shù)間于氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰和石墨之間。用熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)將氧化釔、鋯酸鈣或 硫化鈰和鴿、鉬或鉭等金屬粉噴涂在石墨坩堝內(nèi)表面，組合成復(fù)合涂層，既利用了 Y203、 CaZr03或CeS質(zhì)點(diǎn)對(duì)鈦液的高穩(wěn)定性，又利用高熔點(diǎn)金屬鎢、鉬或鉭等做為粘 結(jié)相，克服YA、 CaZr(X或CeS較硬易碎，充分發(fā)揮了復(fù)合材料取長(zhǎng)補(bǔ)短的優(yōu)勢(shì)。
以難熔金屬鎢和高溫穩(wěn)定化合物氧化釔為例。用熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴 涂等)將金屬鉤粉與氧化釔粉的混合物噴涂在內(nèi)層上形成過(guò)渡梯度涂層；并將氧化釔 粉噴涂在過(guò)渡梯度涂層上形成外層。
過(guò)渡梯度涂層是由高溫穩(wěn)定化合物氧化釔與難熔金屬鎢按不同比例混合(1:3、 1:1、 3:1)，用熱噴涂法逐層噴涂，形成亞三層的過(guò)渡梯度涂層，從內(nèi)向外，以高溫 穩(wěn)定化合物與難熔金屬質(zhì)量比計(jì)，第一亞層為1:3,第二亞層為1:1，第三亞層為3:1。 其高溫穩(wěn)定化合物的含量從外層到內(nèi)層逐層遞減。
涂層整體化處理是在氬氣保護(hù)下在120(TC進(jìn)行1小時(shí)熱處理。復(fù)合涂層制備之 后，各層之間還存在明顯的界面。需要通過(guò)在保護(hù)性氣氛下的熱處理，消除層與層之 間明顯的界面。并且使涂層燒結(jié)，與基底形成整體。形成高溫穩(wěn)定化合物的含量由外 層處的100%到內(nèi)層處的0%的濃度梯度連續(xù)過(guò)渡。
本發(fā)明的熔鈦復(fù)合涂層坩堝具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 用本發(fā)明的坩堝進(jìn)行鈦及鈦合金的真空感應(yīng)熔煉，熔煉合金成分均勻；
(2) 通過(guò)內(nèi)外復(fù)合梯度涂層完成阻碳的功能，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金熔煉的無(wú)增碳；
(3) 坩堝涂層具有良好的抗熱震性能和燒結(jié)強(qiáng)度，熔煉過(guò)程不易損壞，可以實(shí) 現(xiàn)重復(fù)使用；
(4) 大幅度降低熔煉能耗，成本低廉。
權(quán)利要求
1、一種熔鈦用坩堝，其特征在于該坩堝為石墨坩堝的內(nèi)表面有一復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層為內(nèi)層、過(guò)渡梯度涂層和外層三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為SiC薄層，過(guò)渡層由高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種與難熔金屬鎢、鉬或鉭中的一種組成，外層為高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種。
2、 一種用于權(quán)利要求1所述的熔鈦用坩堝的制造方法，其特征在于該方法的工藝過(guò) 程如下將加工好的石墨坩堝的內(nèi)表面進(jìn)行超聲波凈化處理，再在900 1100°C下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?. 5 1小時(shí)；然后石墨坩堝包埋在硅粉末中進(jìn)行表面高溫滲硅 處理，形成致密SiC內(nèi)層；用熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)將難熔金屬 鎢、鉬或鉭中的一種與高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種的混合 物噴涂在內(nèi)層上形成過(guò)渡梯度涂層；并將高溫穩(wěn)定化合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化 鈰中的一種噴涂在過(guò)渡梯度涂層上形成外層；最后柑堝在氬氣保護(hù)下在1100 130(TC進(jìn)行0.5 1小時(shí)熱處理，形成牢固致密并具有良好的抗熱震性的復(fù)合涂 層。
3、 如權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于所述的過(guò)渡梯度涂層是由高溫穩(wěn)定化 合物氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰中的一種的粉末與難熔金屬鎢、鉬或鉭中的一種的 粉末以不同質(zhì)量比混合并用熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)制備的亞三層， 從內(nèi)向外，以高溫穩(wěn)定化合物與難熔金屬質(zhì)量比計(jì)，第一亞層為l: 3，第二亞層 為1: 1，第三亞層為3: 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熔鈦坩堝及其制造方法，主要用于鈦合金熔煉，也可用于其他特種合金的熔鑄。將高穩(wěn)定性化合物(氧化釔、鋯酸鈣或硫化鈰等)作為熔鈦坩堝外層；并用難熔金屬(鎢、鉬或鉭)等與上述化合物組合成為過(guò)渡梯度涂層，用熱噴涂法(激光熔覆、離子體噴涂等)將過(guò)渡層與層逐層噴涂在石墨容器的內(nèi)表面，形成牢固致密并具有良好的抗熱震性的復(fù)合涂層。用本發(fā)明的坩堝進(jìn)行鈦及鈦合金的真空感應(yīng)熔煉，熔煉合金成分均勻，熔煉耗能小，坩堝對(duì)鈦熔液的污染少。
文檔編號(hào)F27B14/10GK101493284SQ200910046508
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者浡 孔, 李重河, 毛協(xié)民, 王小康 申請(qǐng)人:上海大學(xué)