[發(fā)明專利]一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910185605.5
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN111690925B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周承商;陳奏君;林方睿;劉詠
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;C22F1/18;C22F1/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明涉及一種通過鈦的氫處理形成表面涂層的方法。將待處理工件A裝入剛性模具，模具內(nèi)腔的尺寸設(shè)計(jì)為與工件間存在一定的空隙，將含鈦混合粉末B填充入剛性模具與工件間的空隙，得到組件C；將組件裝入高溫爐中通入氫氣，吸氫；然后將工件連同模具進(jìn)行真空退火脫氫，脫氫后工件尺寸收縮，能夠方便地從模具內(nèi)取出。為了提升涂層的質(zhì)量，脫氫后,可進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；高溫?zé)Y(jié)的溫度大于吸氫溫度和脫氫溫度。本發(fā)明首次提出一種全新的涂層制備方法，其涂層可以附加許多功能，便于大規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)本發(fā)明得到的涂層表面硬度、密度、厚度、孔隙度可控，均勻性好，可處理復(fù)雜形狀表面，性能提升顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝；特別涉及一種通過鈦的氫處理在鈦合金表面形成涂層的方法。

背景技術(shù)

鈦合金以及鈦基復(fù)合材料有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕、可焊、中溫性能好、無磁等一系列的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、核能化工等領(lǐng)域有著廣泛用途，是一種應(yīng)用廣泛的重要金屬材料。

鈦合金及鈦基復(fù)合材料加工難度大，加工成本高，硬度偏低，耐磨性差，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的應(yīng)用受限。鈦合金表面改性技術(shù)可提高制品的耐磨性，改善合金的耐腐蝕性和生物相容性。此外對于鈦合金的表面涂層還能夠?qū)αW(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等多種物理化學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控，以滿足應(yīng)用需求。鈦合金表面改性的方法有化學(xué)處理、溶膠凝膠、陽極氧化、氣相沉積、熱噴涂、等離子沉積、離子注入法等?？偟膩碚f，這些特種工藝技術(shù)一般存在成本高昂、推廣難度大、對產(chǎn)品尺寸限制較大，特別是難以獲得復(fù)雜形狀、厚度可控、孔隙度可控的涂層(10mm)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，首次提出一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝，可以在待處理工件表面形成涂層，提高硬度、耐磨、耐腐蝕性等功能。

本發(fā)明一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝；將待處理工件A裝入剛性模具，模具內(nèi)腔的尺寸設(shè)計(jì)為與工件間存在一定的空隙，將含鈦混合粉末B填充入剛性模具與工件間的空隙，得到組件C；將組件裝入高溫爐中通入氫氣，吸氫；吸氫的體積膨脹效應(yīng)使粉末與工件互相擠壓同時(shí)受到剛性模具的約束，從而使得工件表面得到較好結(jié)合強(qiáng)度、大于等于1微米的的涂層；然后將工件連同模具進(jìn)行真空退火脫氫，脫氫后工件尺寸收縮，能夠方便地從模具內(nèi)取出。

如需進(jìn)一步提高涂層強(qiáng)度和密度，脫氫后,可對工件進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；高溫?zé)Y(jié)的溫度大于吸氫溫度和脫氫溫度。

本發(fā)明涉及一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝。將待處理工件裝入剛性模具，模具內(nèi)腔的尺寸設(shè)計(jì)為與工件間存在一定的空隙，將含鈦混合粉末裝入剛性模具與工件間的空隙。然后對模具進(jìn)行封裝，再裝入高溫爐中通入氫氣，使鈦吸氫；鈦吸氫的體積膨脹效應(yīng)使粉末與工件互相擠壓，同時(shí)受到剛性模具的約束，從而使得工件表面得到較好結(jié)合強(qiáng)度的涂層；然后將工件連同模具進(jìn)行退火脫氫，脫氫后工件尺寸收縮，能夠方便地從模具內(nèi)取出；最后根據(jù)性能要求，可對帶涂層的工件進(jìn)行燒結(jié)獲得更加致密的表面層。

本發(fā)明提供了一種新型鈦合金表面涂層方法。本方法可對鈦合金進(jìn)行表面涂層處理，涂層成分可選范圍廣泛，可用鈦粉、鈦合金粉、含鈦混合粉、其他金屬粉、陶瓷粉等。本方法得到的涂層表面硬度可控、密度可控、厚度可控、孔隙度可控、均勻性好，性能提升。

本發(fā)明一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝；吸氫過程控制為：將組件C裝入高溫爐中加熱至一定溫度，通入氫氣，保溫，然后降溫至一定溫度，保溫，氫氣流量不變，結(jié)束；在氫處理過程中，待處理工件A和含鈦混合粉末B的吸氫膨脹體積必須達(dá)到有塑性變形，使粉末良好的結(jié)合并附著在工件表面。

本發(fā)明一種鈦及鈦合金表面硬化以及表面功能化處理工藝；退火脫氫過程控制為：在真空，或流動惰性氣氛(包括氬氣)中，將組件C放入高溫爐中加熱至一定溫度，保溫，結(jié)束；在脫氫過程中待處理工件A和含鈦混合粉末的結(jié)合體必須有一定程度的體積收縮，使結(jié)合體和模具內(nèi)壁脫離能夠順利脫模。