[發明專利]一種提高Si3N4陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法

有效

• 申請號: 201811054109.8
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109317810B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 魏東博;張平則;李逢昆;姚正軍;李淑琴;陳小虎
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C23C14/46
• 分類號: C23C14/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種提高Si₃N₄陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟a，利用雙輝等離子表面冶金技術在鈦合金表面制備鎳合金層；所述鎳合金層由鎳沉積層和互擴散層組成，鎳沉積層與鈦合金基體之間為Ti-Ni-Al互擴散層，表現為冶金結合；所述鎳沉積層由Ni組成，厚度為15~20μm，互擴散層由Ti、Ni、Al組成，厚度為5~7μm；

步驟b，利用離子注入技術在Si₃N₄陶瓷表面注入Ti離子；

步驟c，將經步驟a處理后的鈦合金表面及經步驟b處理后的Si₃N₄陶瓷表面在真空擴散焊設備中實現焊接。

2.根據權利要求1所述的提高Si₃N₄陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法，其特征在于：所述步驟a的具體步驟為：

步驟a1，將鈦合金和Ni靶材裝入雙輝等離子表面合金化裝置中，以鈦合金為工件極，以純Ni靶材為源極；

步驟a2，將雙輝等離子表面合金化裝置抽真空至極限真空度，送入氬氣，啟動輝光，首先清洗靶材及鈦合金，清洗結束后制備鎳合金層；

步驟a3，停止輝光，斷電，完成鈦合金表面鎳合金層的制備。

3.根據權利要求2所述的提高Si₃N₄陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法，其特征在于：所述步驟a2的具體步驟為：

步驟a21，等離子清洗靶材25~35分鐘，去除靶材表面氧化皮及雜質，工藝參數如下：

靶材電壓：600～800 V；

工件電壓：0 V；

氬氣氣壓：20～25 Pa；

靶材與工件間距：15~25 mm；

清洗時間：25~35min；

步驟a22，將靶材電壓調零，等離子清洗鈦合金25~35分鐘，去除鈦合金表面氧化皮及雜質，工藝參數如下：

靶材電壓：0 V；

工件電壓：400～500 V；

氬氣氣壓：20～25 Pa；

靶材與工件間距：15~25 mm；

清洗時間：25~35min；

步驟a23，靶材及鈦合金清洗結束后，開始制備鎳合金層，工藝參數如下：

靶材電壓：800～950 V；

工件電壓：400～500 V；

氬氣氣壓：30～45 Pa；

靶材與工件間距：15~25 mm;

保溫時間：3~4h。

4.根據權利要求1所述的提高Si₃N₄陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法，其特征在于：所述互擴散層中，Ni元素自鎳合金層向鈦合金基體內擴散，Ti、Al元素自鈦合金基體向鎳合金層擴散。

5.根據權利要求1所述的提高Si₃N₄陶瓷與鈦合金焊接性能的表面處理方法，其特征在于：所述步驟b的具體步驟如下：

步驟b1，將Si₃N₄陶瓷打磨拋光至表面粗糙度低于0.1μm，清洗干凈后，將Si₃N₄陶瓷放入離子注入設備腔室中，并抽本底真空低于10^-3Pa，啟動離子注入設備離子源控制柜，升電弧電壓至50~80V，預熱；開頻率控制開關，調節觸發頻率至7~12Hz，待起弧后，調節抑制電壓至0.5~1kV，引出電壓至45~100kV；通過控制觸發頻率、電弧電壓、抑制電壓和引出電壓，將抑制電流調至0.5~2mA，引出電流調至1~6mA，注入時間為0.5~6小時，注入劑量為1×10¹⁵~ 5×10¹⁷ions/cm²；

步驟b2，待Si₃N₄陶瓷溫度隨爐冷卻至室溫后取出。