[發明專利]一種鈦合金零件表面滲氮處理方法

有效

• 申請號: 202110583152.9
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113308664B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 陳博;錢婷婷
• 申請（專利權）人: 北京煜鼎增材制造研究院有限公司
• 主分類號: C23C8/24
• 分類號: C23C8/24;C23C8/36
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種鈦合金零件表面滲氮處理方法，該方法包括：1）對鈦合金零件原材料進行預熱處理；2）對經過預熱處理的零件原材料進行粗加工得到半成品零件，半成品零件具有待滲氮表面；3）對半成品零件的待滲氮表面進行表面滲氮處理得到滲氮后零件；4）對滲氮后零件進行精加工得到成品零件。本發明解決了現有鈦合金零件表面滲氮處理工藝存在的熱變形難以控制、質量穩定性差和成品率低等問題，從而顯著提高鈦合金零件表面滲氮處理的質量穩定性和產品成品率并降低鈦合金滲氮成本，有助于極大地推動鈦合金零件表面滲氮處理工藝的廣泛工程應用。

技術領域

本發明屬于金屬熱處理及表面處理技術領域，具體而言，涉及一種金屬零件表面滲氮處理方法，特別是一種鈦合金零件表面滲氮處理方法。

背景技術

鈦合金具有密度低、比強度高、熱穩定性好、耐蝕性好等突出特點，廣泛應用于航空、航天、海洋、化工、醫療等軍用和民用領域。但鈦合金材料但也存在著硬度低，摩擦系數高且不穩定，化學性質較活潑，高溫高速摩擦易燃(工鈦火”火，耐磨性能較差等不足，具有嚴重的粘著磨損和微動磨損敏感性，極大的限制了鈦合金零件的廣泛應用。例如在航空航天工業中，大量重大事故的主要起因就是鈦合金零件的粘著磨損，如用鈦合金制作的導桿、活塞軸和連桿軸等部件易與對摩擦副產生粘著引起磨損，最終導致軸失效。因此，在鈦合金零件加工制造完畢后，如何通過一步簡單的后處理表面加工技術，在鈦合金零件表面制備出耐磨性能優良，且與基材之間形成牢固的冶金結合的耐磨涂層，獲得既能保持鈦合金零件基體優異性能又能獲得高硬度耐磨表面的零件，無疑是解決鈦合金零件摩擦磨損失效，提高其使用壽命的最經濟、最有效、最靈活可行的手段之一。

表面滲氮處理時鈦合金零件一種主要的表面加工技術之一，通過將鈦合金零件在高溫條件下在含N的介質中（一般為N₂，NH₃等氣體或混合氣體）長時間反應，在鈦合金表面生成一層由表層致密的TiN化合物層和內部N元素擴散層構成硬化層，可以顯著提高鈦合金的表面硬度和耐磨性等表面性能，目前表面滲氮處理主要包括氣體滲氮和離子滲氮兩種工藝。如圖1、2所示，鈦合金原材料1經過精加工得到零件2，零件2經過表面滲氮處理得到表面具有滲氮層7的滲氮后零件3。但由于N₂等含N介質的活性較低，即便是在離子滲氮工藝條件下中，一般需要在800℃以上的較高溫度才能和Ti發生明顯的化學反應生成TiN硬化層，并且所需要的保溫時間較長。然而在如此高的溫度加熱冷卻條件下，已精加工的鈦合金零件的熱變形問題非常嚴重，往往滲氮后鈦合金零件外形尺寸發生明顯變形而需要后續加工，甚至報廢，導致目前鈦合金零件的表面滲氮處理質量穩定性不高。如采用目前圖1-2所示的該滲氮處理工藝得到的鈦合金成品零件的外徑變化為50-60μm，并且無法進行修復，導致零件報廢。

有研究表明通過表面納米化等強烈塑性變形可以實現在較低溫度條件下進行鈦合金零件表面滲氮處理，但目前表面納米化工藝尚不成熟且僅適用于平面等非常簡單的形狀，無法應用于實際零件。因此，如何提高鈦合金零件表面滲氮處理的變形和質量穩定性、提高成品率、降低成本是目前鈦合金零件表面滲氮處理需要解決的關鍵問題。

發明內容

為了解決目前鈦合金零件表面滲氮處理時熱變形難以控制、質量穩定性和成品率低等問題，本發明提出了一種鈦合金零件表面滲氮處理方法，與目前現有鈦合金零件表面滲氮處理方法相比，本發明可以有效解決現有鈦合金零件表面滲氮處理的熱變形問題，從而顯著提高鈦合金零件表面滲氮處理的質量穩定性和產品成品率。

作為本發明的其中一方面，本發明提出一種鈦合金零件表面滲氮處理方法，包括：1）對鈦合金零件原材料進行預熱處理；2）對經過預熱處理的零件原材料進行粗加工得到半成品零件，半成品零件具有待滲氮表面；3）對半成品零件的待滲氮表面進行表面滲氮處理得到滲氮后零件；4）對滲氮后零件進行精加工得到成品零件。