[發明專利]一種梯度硬化鈦合金的制備方法

有效

• 申請號: 202110998042.9
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113637932B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 陳鵬萬;郭巖松;周強;劉睿
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔

本發明涉及一種梯度硬化鈦合金的制備方法，屬于梯度硬化材料技術領域。將鋼動量塊和清潔的鈦合金板自下而上依次放入帶有通孔的鋼底座中，通孔橫截面尺寸與鋼動量塊和鈦合金的截面尺寸相匹配，通孔的高度與鋼動量塊和鈦合金的總厚度相匹配；在鋼底座的上表面邊緣固定炸藥框，炸藥框內放置壓制成板狀結構的爆速在7000m/s以上的高爆速炸藥，在炸藥上表面的一端起爆對鈦合金進行沖擊處理，得到一種梯度硬化鈦合金。所述方法可有效避免高爆速炸藥沖擊處理過程中因“邊界效應”導致的材料破壞，進而通過沖擊處理實現鈦合金上表面的梯度硬化。

技術領域

本發明涉及一種梯度硬化鈦合金的制備方法，屬于梯度硬化材料技術領域。

背景技術

梯度材料是指結構和性能在材料厚度或長度方向連續或準連續變化的非均質復合材料。梯度材料在航空航天、機械、電磁、生物、核能及電氣工程等領域具有廣泛的應用，如應用于航空航天發動機，機械工程中軸承，電磁工程中磁盤、振蕩器，生物工程中牙齒、骨頭、關節，核能及電氣工程中熱電變換器等設備。鈦合金是目前使用的材料中比強度最高的材料之一，鈦合金具有比強度高、耐蝕性和耐熱性好等特點，在航空、航天、石油、化工、船舶等領域有廣泛的應用。但是由于鈦合金的硬度較低、摩擦系數大、耐磨性差，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，提高鈦合金材料的表面硬度，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的應用范圍。

目前，制備梯度硬化鈦合金的方法通常是在鈦合金的表面制備硬度梯度變化的復合膜層結構，上述方法工藝繁瑣、設備成本高、工藝不穩定、利用率低、廢品率高等，限制了梯度硬化鈦合金的發展。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種梯度硬化鈦合金的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種梯度硬化鈦合金的制備方法，所述方法步驟包括：

將鋼動量塊和清潔的鈦合金板自下而上依次放入帶有通孔的鋼底座中，通孔橫截面尺寸與鋼動量塊和鈦合金的截面尺寸相匹配，通孔的高度與鋼動量塊和鈦合金的總厚度相匹配；在鋼底座的上表面邊緣固定炸藥框，炸藥框內放置壓制成板狀結構的爆速在7000m/s以上的高爆速炸藥，在炸藥上表面的一端起爆對鈦合金進行沖擊處理，得到一種梯度硬化鈦合金。

優選的，所述沖擊處理進行2次～3次。

優選的，所述鈦合金厚度、鋼動量塊厚度、高爆速炸藥厚度、鋼底座上靠近炸藥起爆位置的一側與鈦合金之間的水平距離、鋼底座上遠離炸藥起爆位置的一側與鈦合金之間的水平距離的比值為10～50:5～10:3～5:50～80:10～20。

優選的，鈦合金的上下表面均涂抹黃油，其中，上表面為起爆面，下表面為鈦合金與鋼動量塊的接觸面。更優選的黃油的涂抹厚度為0.5mm～1mm。鈦合金的下表面涂抹黃油可防止鈦合金與鋼動量塊之間的空氣隙影響鋼動量塊的卸壓效果；鈦合金的上表面涂抹黃油可防止炸藥起爆后的爆轟能對鈦合金表面的灼傷。

優選的，所述鋼底座和鋼動量塊的材質分別為45#鋼或不銹鋼。

優選的，所述炸藥框的材質為有機玻璃。

優選的，所述高爆速炸藥為可鑄粉狀炸藥、塑性板狀炸藥或橡膠板狀炸藥。更優選的，所述高爆速炸藥為C4炸藥。

優選的，炸藥起爆前將炸藥與鋼底座固定在一起。

有益效果

本發明提供了一種與現有技術構思不同的鈦合金硬化處理方法，所述方法通過將鈦合金放入特定結構的鋼底座中，可有效避免高爆速炸藥沖擊處理過程中因“邊界效應”導致的材料破壞；通過對鈦合金進行特定爆速的沖擊處理，使鈦合金在硬化過程中發生α到ω的相變，進而實現鈦合金上表面的梯度硬化。