[發明專利]一種在TC4鈦合金表面制備鈷基合金層的方法

無效

• 申請號: 201210437199.5
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102936716A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 高金菊
• 申請（專利權）人: 高金菊
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/38
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于鈦合金表面處理領域，更具體地說，涉及一種在TC4鈦合金表面制備鈷基合金層的方法。

背景技術

鈦及鈦合金是上世紀五十年代興起的一種重要結構材料。純鈦是輕金屬，密度為?4.52g/cm³，鈦在地殼里的分布范圍比較廣泛，世界儲量約34億噸，在所有元素中含量居第?10?位。鈦合金是以鈦為基材加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素，有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，又可分同晶型和共析型兩種。前者有鉬、鈮、釩等，后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。

鈦及鈦合金具有一系列優點，比如強度高，機械性能好，韌性和抗蝕性能好，工作溫度范圍較寬，中溫性能穩定，主要應用于航空航天和軍事工業上，同時在化工、石油、輕工、冶金、電力、體育、醫療等許多工業部門也有著廣泛的應用。但是，鈦合金耐磨性能差，600℃以上的抗氧化性能差，這些問題使鈦金屬及其合金的應用受到限制，因此也成為材料研究領域的熱點之一（張喜燕,?趙永慶,?白晨光.?鈦合金及應用[M].?北京化學工業出版社,?2005.）。

研究表明，表面改性處理是克服上述鈦合金缺陷的關鍵技術。應用較多的提高鈦合金抗氧化和耐磨性能的表面改性技術有電鍍、薄膜沉積改性、擴散滲鋁、離子注入、激光表面處理和雙層輝光離子滲金屬等。

其中，雙層輝光離子滲金屬技術具有滲速快、滲層與基體為冶金結合、結合強度高、滲層厚度和成分可控、滲材選擇面廣、節約合金元素、無污染等優點。應用雙層輝光離子滲金屬技術已成功地在TC4、TC11鈦合金表面形成了Ti-Cu，Ti-Mo，Ti-Cr，Ti-Cr-Mo系列阻燃合金，具有一定的阻燃效果；同時對鈦合金表面進行滲氧、滲鉬、滲氮、滲碳、滲鉻以及復合Mo-N共滲、碳氮共滲等，結果表明均能大大提高了鈦合金表面硬度，改善其耐磨性。但是目前利用雙層輝光滲金屬技術通過在鈦合金表面滲鈷來提高鈦合金的高溫抗氧化性以及進一步確定進行該過程的工藝參數條件以使滲層效果最佳的研究報道甚少。

發明內容

要解決的技術問題

針對現有技術中存在的鈦合金耐磨性能差，600℃以上的抗氧化性能差的問題，本發明提供了一種在TC4鈦合金表面制備鈷基合金層的方法，它可以確定在鈦合金表面滲鈷的最佳工藝參數，以提高鈦合金的耐磨性及高溫抗氧化性。

技術方案

本發明的目的通過以下技術方案實現。

本發明的一種在TC4鈦合金表面制備鈷基合金層的方法，其步驟為：?

（1）將TC4合金切割成試樣后，用砂紙打磨試樣表面，再用金剛石研磨膏拋光至鏡面；

（2）雙層輝光等離子滲金屬爐的源極材料采用Stellite?6號鈷基合金板，將潔凈的TC4鈦合金試樣安放在該雙層輝光等離子滲金屬爐真空室內的陰極工作臺上，安裝好保溫罩（輔助陰極），再調節源極圈與試樣的間距至預設值，然后降下鐘罩，封閉真空室；

（3）其次，打開真空泵，將爐內抽到極限真空度（2.0×10^-3Pa），充入氬氣到15-19Pa重新抽到極限真空度，如此往復4~6次，以排盡爐內空氣；

（4）充入氬氣到15-19Pa，打開冷卻水，打開試樣電源并施加350~450V電壓，對試樣進行12~15min的預轟擊，一方面對試樣進行清洗，另一方面活化試樣表面以便于活性原子的吸附；

（5）預轟擊之后調至工作氣壓，將源極和陰極電壓調整到預定值，使試樣和源極達到工作溫度，穩定各工藝參數并開始保溫，計時，每隔10-14min觀察設備運行情況及試樣狀況；

（6）保溫1-2.5小時后，關閉源極電源，將氣壓調至18~20Pa，將陰極電壓降到250~280V，微輝保護降溫；

（7）關閉氣源和陰極電源，將爐內再次抽到極限真空度，冷卻1-1.8h到室溫出爐。

優選地，所述的步驟（2）中，所述的雙層輝光等離子滲金屬爐的源-陰極間距為18mm。

優選地，所述的步驟（6）中的保溫時間為2h。

優選地，所述的步驟（5）中的保溫溫度為800~850℃。