[發明專利]一種在鈦合金表面獲得硼化物擴散層的方法

有效

• 申請號: 201410380403.3
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104233180A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 李鳳華;王麗娜;周龍福;何歡;李英楠;樊占國
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C8/68
• 分類號: C23C8/68;C23C8/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

技術領域

本發明涉及金屬表面處理技術，特別是一種在鈦合金表面獲得硼化物擴散層的方法。?

背景技術

眾所周知，鈦合金以其低密度、高的比強度和優良的耐蝕性而廣泛應用于航天、船舶、化工和生物醫學等領域。近年來，鈦合金的使用量在不斷增加，但由于其存在硬度低、耐磨性差等缺點，當用作滑動部件(如閥及導桿、活塞銷和連桿軸等)時，易與對磨材料粘著，產生磨損，使其應用范圍受到很大限制。因此，提高鈦合金的硬度和耐磨性成為本領域的一個重要研究課題。?

為了提高鈦合金的硬度和耐磨性，國內外學者作了大量的研究工作。采取滲氮、滲硼、滲氧、滲碳等化學熱處理技術，通過氮、硼、氧、碳等輕量元素的高溫擴散，可直接在鈦合金表面生長出氮化鈦、硼化鈦、氧化鈦和碳化鈦等硬質層，減少膜層容易剝落的缺點。由于鈦的硼化物是一種具有硬度高、導熱性好、電阻低等優良特性的陶瓷材料，因此滲硼是提高鈦合金表面硬度、改善耐磨性、抗粘著性等表面性能的一種有效手段。迄今為止，對于鈦的滲硼技術有固體粉末法、熔鹽電解法、流化床法等。?

固體粉末法滲硼技術設備簡單，操作容易，適用較廣。CN101608296A專利文獻公開了一種采用碳化硼作為滲硼劑對鈦合金表面進行滲硼的方法。該方法將鈦合金埋入坩堝中的碳化硼粉末中，密封升溫至1000～1200℃，保溫5～20h，可獲得TiB₂和TiB雙相滲硼層。CN101608295A專利文獻公開了一種在碳化硼粉末中添加2～8％氧化鈰稀土粉末構成的滲硼劑，采取與CN101608296A專利相同的方法滲硼，在氧化鈰稀土催化劑的作用下，可使滲硼層厚度增加30％以上。不過，該專利與CN101608296A專利均要求的滲硼溫度高于1000℃，才能獲得顯微鏡可觀測到的滲硼層，且保溫時間較長(5～20h)。較高的工作溫度和較長的保溫時間，會使整個滲硼過程能耗較高；同時對加熱爐也提出了較高的要求(多需采用碳化硅發熱體)。如果能在低于1000℃的溫度下滲硼，則可降低對加熱爐的要求，采用常規的FeCrAl電阻絲爐即可。?

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種能在較低溫度下在鈦合金表面獲得硼化物擴散層的方法。?

為了降低滲硼溫度，本發明采取在碳化硼滲硼劑中添加各種不同的催滲劑，分別進行滲?硼試驗，通過對大量試驗結果的對比分析，發現含硼添加劑會促進滲硼層中TiB晶須的生長，由于硼化鈦的生長順序為先生成TiB，然后TiB繼續與B原子結合生成TiB₂，大量晶須的生成說明含硼添加劑在很大程度上增加了硼勢，或活性硼原子的濃度，促進硼在鈦合金表面的擴散和硼鈦化合物的生成。根據試驗結果，最終獲得本發明在較低溫度下在鈦合金表面獲得硼化物擴散層的方法，其步驟如下：?

步驟1、預制滲硼劑?

取純度為93～97％的碳化硼粉末和純度為95％的純硼粉末，按質量百分比碳化硼92％～98％、硼粉2％～5％配料，混合均勻，使混合物粉末的粒度＜45μm。?

步驟2、鈦合金材料表面處理?

(1)除油?

將金屬洗凈劑與水混合配制成濃度為3％的溶液，升溫至55℃，將鈦合金材料浸入金屬洗凈劑溶液中，浸泡除油2小時；?

(2)水洗?

將除油后的鈦合金材料浸入50℃熱水中，浸泡2小時，然后再用常溫去離子水沖洗兩次；?

(3)表面打磨?

將水洗后的鈦合金材料的表面依次利用240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#型號的水磨砂紙進行打磨；?

(4)表面拋光?

對打磨好的鈦合金材料在拋光機上進行表面拋光，期間在拋光機上不斷注入粒度為0.5μm的金相拋光劑和去離子水，直至將鈦合金材料表面拋至粗糙度為Ra0.l～0.01nm；?

(5)超聲清洗?

先以丙酮為清洗劑，用超聲波清洗機將經過表面拋光的鈦合金材料清洗30分鐘，清洗溫度為15℃；然后以去離子水為清洗劑，用超聲波清洗機將鈦合金材料再清洗30分鐘，清洗溫度為15℃；?

步驟3、滲硼處理?

將經過步驟2表面預處理的鈦合金材料置于剛玉坩堝中，并用步驟1預制的滲硼劑將其填埋；然后將坩堝加蓋，置于一體化高溫爐中，以15～20℃/min的升溫速率加熱至900～1000℃，保溫2～5h，坩堝隨爐冷卻后將鈦合金材料取出。?

與現有技術相比較，本發明方法的優點是：?