[發明專利]一種高強鈦合金管材表面硬化方法

在審

• 申請號: 201711112604.5
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN109778091A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 呂淑敏
• 申請（專利權）人: 青島海大智匯科技管理咨詢有限公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了屬于材料加工技術領域的一種高強鈦合金管材的外表面硬化方法。具體說是把超聲波加工專用刀具安裝在車床的刀架上；使用頻率為30KHz超聲波發生器對鈦合金管材的外表面進行超聲沖擊硬化加工，調整車床轉速，使鈦合金管材外表面旋轉的線速度控制在10～20m/min，超聲波專用刀具的縱向走刀速度控制在0.15～0.3mm；加工完畢后，將超聲波設備電流值調到0.5A以下，關閉超聲波設備。本發明提供了在車床上采用超聲波加工方式對高強鈦合金管材進行表面硬化加工的工藝參數，按此工藝操作，可以使高強鈦合金管材外表面獲得最佳的超聲波硬化效果。該工藝能夠有效提高鈦合金管材的外表面硬度和耐磨性，降低表面粗糙度。

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，特別涉及一種高強鈦合金管材的外表面硬化方法。具體涉及一種鈦合金管材的外表面超聲沖擊硬化加工工藝，該工藝能夠有效提高鈦合金管材的外表面硬度和耐磨性，降低表面粗糙度。

背景技術

高強鈦合金管材具有強度高、密度低、耐蝕性和耐熱性好等特點，是航空、航天、石油、化工、船舶等領域關鍵部位的理想材料。但是由于鈦合金的硬度較低，摩擦系數大，耐磨性差等缺點，一定程度上影響了其使用壽命和應用范圍。采用合適的表面硬化技術，在不降低基體力學性能的前提下，提高鈦合金管材的表面硬度，是提高其表面耐磨性和使用壽命的有效途徑，可以擴大高強鈦合金管材的應用范圍。因此，相關工程技術人員對鈦合金表面硬化技術進行了廣泛研究。

目前對金屬的表面硬化方法幾乎全部應用到了鈦合金的表面處理上，公開報道可見的針對鈦合金的表面硬化處理方法包括化學熱處理(氣體滲氮、離子氮化)、表面噴丸處理、離子注入、表面陽極氧化處理、表面涂層技術、氣相沉積薄膜技術、電火花加工、激光加工等。

氣體滲氮或離子氮化的方法，雖然能夠提高鈦合金表面硬度，但由于為了提高滲氮效率，滲氮劑需含有氨或氮-氫混合氣體，而且氮化過程必須在較高的高溫下進行，滲氮這些滲劑中的氫極易導致鈦合金因吸氫而產生氫脆。因此，滲氮過程中，不允許有氫的氣氛存在，導致氮化效率極低，氮化層深度及硬度難以達到使用要求。

噴丸處理通過使鈦合金表面產生塑形變形而達到表面強化的目的，但是噴丸會使軋制的鈦合金管材光潔的表面粗糙度增大，這樣盡管提高了自身的耐磨性，但是容易導致與該鈦合金部件相配合的其他零件產生磨損。

離子注入法的主要優點在于膜層與基體結合好，抗剝落能力強，注入過程不要求升高基體溫度，從而可保持工件幾何精度。但是離子注入法效率低，且現有的離子注入設備不適合對長度3米以上的管材進行表面處理。

表面陽極氧化處理是提高鈦合金耐蝕性和耐磨性的常用途徑，但是由于鈦合金管材在加工及熱處理過程中，表面易形成致密氧化膜，在陽極氧化必須有效清除，否則嚴重影響陽極氧化膜質量，然而它的清理難度較大。另外，無論是去除原始氧化層，還是陽極氧化過程，都需要動用大量的酸、堿及多種化學試劑，大大增加了后續廢水處理成本，而且還難以達到越來越苛刻的環保標準。

表面涂層技術是改善鈦合金抗氧化性的有效方法，但是若用于提高鈦合金表面硬度及耐磨性，這種硬質涂層與鈦合金基體的容易發生開裂和剝落。

氣相沉積法在鈦合金表面制備類金剛石薄膜，可提高鈦合金的表面硬度和耐摩擦性。但是膜中鈦含量超過9％時，膜的硬度將會下降，且膜與基體結合力有限。

激光熔覆加工是將CoCrW等合金粉末在鈦合金表面形成熔覆圖層，從而提高鈦合金表面硬度及耐磨性，但是膜層的均勻性、致密性及裂紋問題尚未解決，且這種方法難以在大長度鈦合金管材表面實現全覆蓋。

微弧氧化(MAO)技術是通過微弧放電區瞬間高溫高壓燒結直接把基體金屬變成氧化物陶瓷，并獲得較厚的氧化物膜，膜的硬度高并與金屬基體結合良好，改善了鈦合金表面的抗磨損、抗腐蝕、耐熱沖擊等性能，具有較好的應用前景。