[發(fā)明專利]一種強化鈦合金表面的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110302137.9
• 申請日: 2011-10-08
• 公開（公告）號: CN103031509A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪瑞軍;徐林;呂玉芬;張?zhí)靹?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院;北京金輪坤天特種機械有限公司
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/10
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;鮑俊萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金表面改性方法，屬于表面改性領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金具有比強度高、耐腐蝕性強、高溫力學(xué)性能穩(wěn)定、生物相容性好等優(yōu)點，在宇航工業(yè)、生物醫(yī)藥、石油工業(yè)以及原子能等高技術(shù)領(lǐng)域，鈦合金都有著廣泛應(yīng)用。但是鈦合金作為運動副零部件時，耐磨性成為影響其使用性能和壽命的最重要因素之一，因此采用先進(jìn)表面改性技術(shù)獲得良好的耐磨層，成為解決這一問題的有效途徑。近年來，固體滲金屬、離子注入、激光表面合金化及電子束表面合金化、離子氮化等現(xiàn)代表面技術(shù)均應(yīng)用到鈦合金表面改性的研究中。這些技術(shù)在改善鈦合金的摩擦磨損性能方面取得了顯著效果，但將這些表面技術(shù)應(yīng)用到承受沖擊振動載荷、熱疲勞環(huán)境時，普遍存在涂覆層薄，或抗沖擊性能差，或與基體材料結(jié)合弱等缺點，需要開發(fā)在鈦合金表面制備耐磨性高、與基體結(jié)合好的表面改性層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種強化鈦合金表面的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)涂覆層耐磨性差及與基體材料結(jié)合弱的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種強化鈦合金表面的方法，針對鈦合金表面，采用高頻脈沖離子弧技術(shù)，以WC作為強化電極，在鈦合金表面制備強化層。

其中，所述高頻脈沖等離子弧技術(shù)強化步驟包括：

步驟1：對鈦合金表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜；

步驟2：使用丙酮刷洗鈦合金表面，清除表面油脂及污染物；

步驟3：把鈦合金夾在地線夾，需制備的表面面向操作者，槍電極與鈦合金的夾角約60°左右；

步驟4：水平移動噴槍直至鈦合金表面全部強化，完成鈦合金表面橫向強化。

步驟5：水平90°旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，按照步驟3、4在鈦合金表面強化一次，完成鈦合金表面縱向強化；

較佳地，還包括步驟6：重復(fù)步驟3-5，即實現(xiàn)在鈦合金表面二次強化。

其中，所述步驟1中，采用200目水砂紙對鈦合金進(jìn)行打磨。

其中，所述高頻脈沖等離子弧頻率為2000HZ。

其中，Ti合金表面形成以TiC為主的強化層，厚度為0.05mm。

其中，所述強化層顯微硬度為鈦合金基體的2倍以上。

本發(fā)明采用高頻脈沖離子弧技術(shù)強化鈦合金表面，制備工藝流程少，提高了生產(chǎn)率并降低了成本，沉積層結(jié)構(gòu)、厚度可控，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝化生產(chǎn)。并且，沉積層與基體之間形成良好的冶金結(jié)合，具有細(xì)微組織，耐磨性能提高。

附圖說明

圖1為高頻脈沖離子弧技術(shù)強化鈦合金表面示意圖。

圖2為樣品強化層X射線衍射分析結(jié)果。

圖3為強化層金相圖片。

圖4為強化層的微晶結(jié)構(gòu)照片。

圖5為鈦合金表面強化前后顯微硬度變化。

其中，附圖標(biāo)記：

1-交流220V電源????????????2-高頻脈沖控制柜

3-氬氣表氣閥??????????????4-氬氣瓶

5-噴槍/槍電極/旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺????6-鈦合金

7-地線夾

具體實施方式

本發(fā)明的強化鈦合金表面的方法采用高頻脈沖離子弧技術(shù)進(jìn)行強化，以WC作為強化電極，在鈦合金表面制備以TiC為主的強化層。強化層厚度可達(dá)0.05mm，顯微硬度達(dá)到鈦合金基體的2倍以上，提高鈦合金表面耐磨性。強化設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)電極式強化系統(tǒng)的經(jīng)典機型SPARK?900，工作頻率為2000HZ。

本發(fā)明的強化鈦合金表面的方法包括：

步驟1：對鈦合金表面進(jìn)行打磨，去除表面氧化膜；

步驟2：使用丙酮刷洗鈦合金表面，清除表面油脂及污染物；

步驟3：把鈦合金6夾在地線夾7上，需制備的表面面向操作者，槍電極5與鈦合金6的夾角約60°左右；

步驟4：水平移動噴槍5直至鈦合金6表面全部強化，完成鈦合金6表面橫向強化。

步驟5：水平90°旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺5，按照步驟3、4在鈦合金表面強化一次，完成鈦合金表面縱向強化；

較佳地，還包括步驟6：重復(fù)步驟3-5，即實現(xiàn)在鈦合金6表面二次強化。

以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。

選用鈦合金基體材料為TC6，化學(xué)成分見表1。試驗選用電極直徑Φ3mm，長度為80～100mm棒狀電極，主要成份為WC。采用高頻脈沖離子弧技術(shù)在TC6合金表面制備TiC強化層。強化工藝參數(shù)見表2。

表1鈦合金TC6材料化學(xué)成分