[發明專利]一種鈦合金表面化學鍍層再電子束重熔的表面改性方法

在審

• 申請號: 201810059812.1
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108396314A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 吳志林;李玉龍;王文琴;付艷恕;胡小武
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C23C18/32
• 分類號: C23C18/32;C23C18/16;C23C18/18;C22F3/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種鈦合金表面化學鍍層再電子束重熔的表面改性方法，利用化學鍍技術先在TC4鈦合金表面預鍍金屬或合金復合鍍層，再將鍍層電子束重熔的技術。本發明改性方法能在一定程度上解決單種技術存在的問題，復合改性技術涂層硬度得到明顯提高。先化學復合鍍Ni?P?Al₂O₃后電子束重熔復合技術對TC4鈦合金板表面改性，得到的改性層硬度最高為912HV，可達到鈦合金基體的2.5倍以上，顯著提高鈦合金的表面硬度與耐磨性，易于在相關工業領域推廣應用。

技術領域

本發明涉及表面改性強化技術領域，具體涉及一種先利用化學鍍再電子束重熔多技術復合工藝對TC4鈦合金表面進行強化的改性方法。

背景技術

鈦及鈦合金由于具有密度低、耐蝕性好、比強度高及良好的生物兼容性的優點，常被應用在航空航天、化工、生物材料等領域。然而其硬度較低（300~400HV）、摩擦系數較大(0.5～0.7)，耐磨性差，容易過早的失效，影響其使用壽命，造成成本增高，嚴重限制了鈦合金的應用范圍。為此對其進行表面改性處理，增強其表面的抗磨損能力，可發揮鈦合金的最大優勢。

目前，在鈦合金上面采用的表面改性技術包括氣相沉積、熱噴涂、電鍍、化學鍍、激光表面改性、電子束表面改性等。這些技術的單獨使用常存在一種或多種問題，如氣相沉積操作需仔細且價格昂貴，覆層一般較薄。熱噴涂涂層含有不同程度的孔隙，熱應力集中并且塑形減少，勞動條件差等問題。單純電鍍或單純化學鍍技術，鍍層由于與基體機械結合，結合強度低，易剝落，不能滿足特殊情況下技術要求。激光表面改性技術轉換效率較低，材料吸收率不高，激光強化工藝不穩定，還常常出現裂紋氣孔等問題。電子束表面改性通常是讓高能束將被加工件表面微熔，同時使鋪在零件表面的合金粉末熔化，但容易出現金屬飛塵、添加的粉末利用率低、焊接室真空度要求嚴格等問題。雖然這些技術在各自領域發揮著重要作用，但或多或少地存在著一定的局限性。為了進一步完善鈦合金的表面增強工藝，需要通過兩種或多種技術的有效結合使用，一方面可促使表面覆層質量的提高，另一方面也能在一定程度上解決單種技術存在的問題。

發明內容

本發明針對鈦及鈦合金表面硬度低、摩擦系數高引起的耐磨性能差等問題，提供一種先化學鍍制備預鍍層再電子束重熔的復合技術及其制備方法，以期得到表面硬度高且復合層結合緊密的改性層。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述的一種鈦合金表面化學鍍層再電子束重熔的表面改性方法，按以下步驟。

（1）選取表面平整的TC4鈦合金板，先切割制作成方狀試樣，用砂紙將表面進行打磨、拋光。

（2）TC4鈦合金板經預處理之后進行化學鍍處理，鈦合金預處理工藝流程為：化學除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗。鍍前預處理，可獲得適合于鍍層的潔凈催化過渡表面，具體配方條件如下，化學除油（氫氧化鈉30~40 g/L，碳酸鈉25~35 g/L，磷酸鈉25~35g/L，硅酸鈉3~7 g/L，氟化鈉2~3 g/L，溫度70~80 ℃，時間20~30 min），酸洗（氫氟酸15~25 g/L，硝酸40~50g/L，室溫，時間3 ~ 15 s），活化（鹽酸350~400 g/L，硫酸800~900g/L，室溫，時間20~30 min）。

（3）TC4鈦合金板化學鍍，化學鍍方法包含化學鍍金屬及化學復合鍍技術。

（4）TC4鈦合金板化學鍍后，將含有預鍍層的TC4鈦合金板用水清洗干凈，然后放入干燥爐內干燥，在80~90℃條件下干燥，干燥后工件放入密封干燥容器中保存。

（5）將干燥后含有預鍍層的TC4鈦合金板置于電子束焊接室中，抽取真空狀態，對其表面進行表面重熔處理。

本發明采用的TC4鈦合金板成分如表1所示。

表1 TC4鈦合金板的化學成分(wt.％)