[發(fā)明專利]TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510049643.X
• 申請(qǐng)日: 2015-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN104630678B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李淼泉;劉印剛;劉洪杰;李慧敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22F1/18
• 分類號(hào): C22F1/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦合金表面改性方法，特別是涉及一種TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

TC4鈦合金是一種中等強(qiáng)度的兩相鈦合金，該合金具有優(yōu)異的綜合性能，在航空航天工業(yè)中獲得了最廣泛的應(yīng)用。作為一種高性能輕量化合金，其具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著航空航天的迅速發(fā)展，惡劣的服役環(huán)境對(duì)TC4鈦合金的性能和使用可靠性提出了更高要求。納米結(jié)構(gòu)材料由于獨(dú)特的理化及力學(xué)性能，在世界范圍內(nèi)獲得廣泛關(guān)注。通過機(jī)械誘發(fā)局部大塑性變形方法制備的表面納米結(jié)構(gòu)是納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域最具潛力的技術(shù)之一，為改善鈦合金的表層和整體性能創(chuàng)造了條件。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究顯示，通過在鈦合金表面制備納米結(jié)構(gòu)，使鈦合金的抗疲勞性能、抗腐蝕性能及擴(kuò)散性能等性能得到不同程度的改善。

文獻(xiàn)1“郭周強(qiáng)，葛利玲，袁航等.鈦合金TC4表面納米化及其熱穩(wěn)定性.材料熱處理學(xué)報(bào).2012,33(3):114～118”報(bào)道了采用超音速微粒轟擊技術(shù)對(duì)TC4鈦合金表面進(jìn)行處理制備了表面納米結(jié)構(gòu)，并表征了表面納米結(jié)構(gòu)的組織特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法獲得的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)最大厚度為10μm。

上述制備方法在TC4鈦合金表面成功制備出表面納米結(jié)構(gòu)，但表面納米結(jié)構(gòu)最大厚度為10μm。通過大塑性變形方法制備的表面納米結(jié)構(gòu)存在孔洞及裂紋等微觀缺陷，表面納米結(jié)構(gòu)太薄將嚴(yán)重制約TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有方法制備的納米結(jié)構(gòu)由于厚度薄而造成實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法。該方法首先對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行退火處理，再用水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗，將清洗后的TC4鈦合金放入噴丸室，對(duì)TC4鈦合金研磨表面進(jìn)行噴丸處理。由于通過對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，使其在噴丸過程中可承載彈丸更大壓力和更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)高速?zèng)_擊，其表面發(fā)生大應(yīng)變和高應(yīng)變速率的劇烈塑性變形，在噴丸過程中并通過夾具限制其表面的材料流動(dòng)，從而可以大幅度增大TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的厚度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特點(diǎn)是采用以下步驟：

步驟一、在熱處理爐中對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行退火處理，處理?xiàng)l件為：加熱溫度600～650℃，保溫時(shí)間1～1.5h，空冷至室溫；

步驟二、依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗；

步驟三、將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；

步驟四、將夾具放入噴丸室，對(duì)TC4鈦合金研磨表面進(jìn)行噴丸處理，具體工藝參數(shù)為：彈丸尺寸Φ0.6～Φ1.2mm，空氣壓力0.25～0.35MPa，噴丸時(shí)間30～60min。

本發(fā)明的有益效果是：該方法首先對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行退火處理，再用水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗，將清洗后的TC4鈦合金放入噴丸室，對(duì)TC4鈦合金研磨表面進(jìn)行噴丸處理。由于通過對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，使其在噴丸過程中可承載彈丸更大壓力和更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)高速?zèng)_擊，其表面將發(fā)生大應(yīng)變和高應(yīng)變速率的劇烈塑性變形，在噴丸過程中并通過夾具限制其表面的材料流動(dòng)，從而大幅度增大了TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的厚度。經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明制備的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的厚度由背景技術(shù)的10μm提高到31～40μm，最高達(dá)到了40μm，該表面納米結(jié)構(gòu)的厚度比背景技術(shù)的納米結(jié)構(gòu)厚度提高了300％。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法實(shí)例1制備的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。

圖2(a)是本發(fā)明TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法實(shí)例1制備的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的透射電鏡明場(chǎng)照片；圖2(b)是本發(fā)明TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法實(shí)例1制備的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的透射電鏡暗場(chǎng)照片；圖2(c)是本發(fā)明TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的制備方法實(shí)例1制備的TC4鈦合金表面納米結(jié)構(gòu)的透射電鏡選區(qū)電子衍射照片。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1-2。

實(shí)施例1。

(1)在熱處理爐中對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行退火處理，處理?xiàng)l件為：加熱溫度600℃，保溫時(shí)間1.5h，空冷至室溫；