專利名稱：一種鈦合金滲氧表面強化處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面處理方法，具體涉及一種鈦合金滲氧表面強化處理方法。
背景技術：
鈦合金因具有比重小、比強度高、耐蝕性優(yōu)異以及優(yōu)良的生物相容性等一系列優(yōu)異的性能而在航空、航天等國防工業(yè)以及民用工業(yè)中得到廣泛應用。但是由于其硬度低，導致在應用過程中一個最大障礙就是表面耐磨性能問題。零部件的易磨損導致產(chǎn)品的使用成本大大增加。此外，由于鈦合金不耐磨損，使其在使用過程中的磨損加劇，從而嚴重影響整個飛行器或機車的安全可靠性能。滲氧處理是提高鈦合金表面硬度的一種方法，如中國發(fā)明專利申請CN1363713A 公開了一種鈦合金滲氧的方法，其采用砂子或碳粉為介質(zhì)，在70(T85(TC下保溫2 14小時， 然后去掉鈦合金表面的氧化膜，露出α相硬化層。然而，上述方法處理表面存在氧化膜發(fā)脆易脫落的問題，需輔以機械方法除去，并且硬化層淺。中國發(fā)明專利申請CN1632158A公開了一種鈦合金表面滲氧-擴散固溶復合強化處理方法，其采用的介質(zhì)為MgO、A1203、SiO2 或碳粉，其方法為在大氣下先預氧化，然后在密閉的容器中進行擴散滲氧，從而實現(xiàn)固溶強化。然而，上述方法需要采用封閉裝置，該封閉裝置需采用高溫合金制作，封口采用激光焊接或其它的焊接手段進行焊接，因而存在封口困難和處理完畢重新開口的問題，操作不便。因此，開發(fā)一種易于操作的鈦合金表面處理方法，以提高鈦合金的表面硬度，具有積極的現(xiàn)實意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種鈦合金滲氧表面強化處理方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種鈦合金滲氧表面強化處理方法， 將鈦合金材料置于經(jīng)過處理的介質(zhì)中，在大氣氣氛下，普通空氣爐中加熱至70(T85(TC，保溫3(T6000 min ；利用該方法在鈦合金材料表面形成氧固溶硬化層，所述氧固溶硬化層的深度為80 120 μ m ；所述介質(zhì)為^O2粉末。本發(fā)明對鈦合金進行表面無膜滲氧強化，從而可以更顯著延長鈦合金的使用壽命，使其得到更大的應用價值。所述將鈦合金材料置于經(jīng)過處理的介質(zhì)中，是指將擬處理的鈦合金使用^O2粉末包覆起來，然后置于密閉的耐高溫罐子中，罐子可以是金屬，也可以是非金屬的，如耐高溫的金屬制作的罐子、陶瓷罐，石墨罐。上述技術方案中，所述經(jīng)過處理的介質(zhì)為中性。上述技術方案中，所述&02粉末介質(zhì)的粒度為36(Γ10目。上述技術方案中，所述介質(zhì)經(jīng)過酸洗凈化處理。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明的表面處理方法簡單，只要一步即可實現(xiàn)鈦合金的表面強化，實現(xiàn)了鈦合金表層的硬度達到HV780以上，且氧的固溶硬化深度可以達到100 ym，取得了顯著的效果。2.本發(fā)明的方法可以對鈦合金材料進行整體、均勻、一體強化處理處理，只需要重新制作一個體積較大的容器即可，因而可以應用于航空航天、導彈、汽車等領域使用的形狀各式各樣、形狀復雜的鈦合金零部件。3.本發(fā)明的方法可對鈦合金試件表面進行滲氧強化處理，以此提高鈦合金表面的顯微硬度，達到強化的目的；其硬化效果好、均勻，滲層深度大、且可以控制，大大延長了零件的使用壽命。4.本發(fā)明的處理方法易于操作，在鈦合金表面滲氧強化時，其表面顏色會發(fā)生改變；且不需要使用真空室等復雜的設備，成本低，具有很大的經(jīng)濟效益。
圖1為本發(fā)明實施例一中鈦合金的滲氧強化層的截面圖2為本發(fā)明實施例一中鈦合金的滲氧強化層及其截面處Ti、0元素的分布圖； 圖3為本發(fā)明實施例二中鈦合金的滲氧強化層的截面圖； 圖4為本發(fā)明實施例二中鈦合金的滲氧強化層及其截面處Ti、0元素的分布圖； 圖5為本發(fā)明實施例一中鈦合金的滲氧強化層的硬度分布曲線圖； 圖6為本發(fā)明實施例二中鈦合金的滲氧強化層的硬度分布曲線圖； 圖7為TA2鈦合金沒有經(jīng)過處理前表層XRD物相分析曲線； 圖8為本發(fā)明實施例一中鈦合金的滲氧強化層的表層XRD物相分析曲線； 圖9為本發(fā)明實施例二中鈦合金的滲氧強化層的表層XRD物相分析曲線； 圖l(Tll為本發(fā)明對比例一中鈦合金的滲氧強化層的界面圖； 圖12為本發(fā)明對比例二中鈦合金的滲氧強化層的界面圖； 圖13為本發(fā)明對比例二中鈦合金的滲氧強化層的界面圖； 圖14為本發(fā)明對比例二中鈦合金的滲氧強化層及其截面處Ti、0元素的分布圖； 圖15為本發(fā)明對比例三中鈦合金的滲氧強化層的界面圖；(800°C保溫他時MgO介質(zhì)) 圖16為本發(fā)明對比例三中鈦合金的滲氧強化層的界面圖；(850°C保溫池時MgO介質(zhì)) 圖17為本發(fā)明對比例三中鈦合金的摩擦表面圖；(800°C保溫他時MgO介質(zhì)) 圖18為本發(fā)明對比例三中鈦合金的摩擦表面圖；(850°C保溫池時MgO介質(zhì)) 圖19為本發(fā)明對比例一中鈦合金的摩擦表面圖； 圖20為本發(fā)明中鈦合金的摩擦表面圖；(850°C保溫池時Al2O3介質(zhì)) 圖21為本發(fā)明實施例一中鈦合金的摩擦表面圖； 圖22為本發(fā)明實施例二中鈦合金的摩擦表面圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例一
一種鈦合金滲氧表面強化處理方法，采用的材料為TA2鈦合金，具體步驟如下將鈦合金材料置于經(jīng)過酸洗凈化處理的介質(zhì)^O2中，介質(zhì)^O2粒度為200目 360目，在普通空氣爐中加熱800°C，保溫他(480min)，然后關閉爐子電源，讓試樣和罐子隨爐冷卻；去除試樣可見表面有較薄的氧化膜存在，變色變黑；滲氧強化層的顯微硬度可以達到HV780，滲層深度可以達到100 μ m;表面光滑。如圖1、2、5、8所示為滲氧強化處理滲氧層的截面、元素分布圖、硬度分布圖及其 XRD物相分析結果。作為對比，圖7為沒有經(jīng)過處理時TA表層的XRD分析曲線，可見其曲線分布稍有改變。實施例二
一種鈦合金滲氧表面強化處理方法，與實施例1不同之處是將鈦合金材料置于經(jīng)過酸洗凈化處理的介質(zhì)中，介質(zhì)&02粒度為200目 360目，在普通空氣爐中加熱850°C， 保溫3小時(180min)，然后關閉爐子電源，讓試樣和罐子隨爐冷卻；表面形成極少量氧化膜；滲氧強化層的顯微硬度可以達到HV750，滲層深度可以達到100 μ m;表面光滑。如圖3、4、6、9所示為滲氧強化處理滲氧層的截面、元素分布圖、硬度分布圖及其 XRD物相分析結果。作為對比，圖7為沒有經(jīng)過處理時TA表層的XRD分析曲線，可見其曲線分布稍有改變。對比例一
參照背景技術中中國發(fā)明專利申請CN1363713A公開的鈦合金滲氧的方法，采用Al2O3 進行800°C保溫他觀察界面，如圖l(Tll所示可見形成的氧化膜與基體的結合力非常差， 氧化膜與基體呈現(xiàn)完全分開的狀態(tài)，必須在使用前將其去除，即必須采用機械方法對其氧化膜進行去除。對比例二
采用SiA為介質(zhì)時進行滲氧強化，見圖12、13，其中圖12為800°C保溫他時SW2為介質(zhì)時的界面，可見氧化膜存在較多的孔洞，而且分層。圖13為850°C保溫池時的界面，同樣存在孔洞較多而且孔隙較大的弊端。圖14為鈦合金的滲氧強化層及其截面處Ti、0元素的分布圖。對比例三
采用MgO為介質(zhì)時進行滲氧強化，見圖15、16，其中圖15為800°C保溫他時MgO為介質(zhì)時的界面，可見氧化膜存在較多的孔洞。圖16為850°C保溫池時的界面，同樣存在孔洞較多而且孔隙較大的弊端。
對上述實施例和對比例做摩擦試驗，圖17 22分別為處理溫度800°C保溫他時、850°C 保溫池時，介質(zhì)分別為Mg0、Al203以及^O2時進行摩擦試驗得到的摩擦痕跡的掃面電子圖像，其中大括號所包括的區(qū)域為在相同的試驗載荷下進行摩擦后所造成的痕跡；該區(qū)域的寬度越寬或者深度越深，則表面耐磨性越差。從圖17 22中可見，在滲氧介質(zhì)為^O2的時候，摩擦痕跡的寬度最窄，而且深度也最淺；而在介質(zhì)為MgO、Al2O3的時候，在同樣的條件下，摩擦痕跡的寬度或深度均比在介質(zhì)為&02的時候要寬或深；表明采用本發(fā)明的&02介質(zhì)處理得到的鈦合金材料具有優(yōu)異的耐磨性能，具有良好的優(yōu)越性。
權利要求
1.一種鈦合金滲氧表面強化處理方法，其特征在于將鈦合金材料置于經(jīng)過處理的介質(zhì)中，在大氣氣氛下，普通空氣爐中加熱至70(T85(TC，保溫3(T6000 min ；在鈦合金材料表面形成氧固溶硬化層，所述氧固溶硬化層的深度為8(Γ120 μ m ；所述介質(zhì)為^O2粉末。
2.根據(jù)權利要求1所述鈦合金滲氧表面強化處理方法，其特征在于所述經(jīng)過處理的介質(zhì)為中性。
3.根據(jù)權利要求1所述鈦合金滲氧表面強化處理方法，其特征在于所述粉末介質(zhì)的粒度為360 10目。
4.根據(jù)權利要求1所述鈦合金滲氧表面強化處理方法，其特征在于所述介質(zhì)經(jīng)過酸洗凈化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金滲氧表面強化處理方法，將鈦合金材料置于經(jīng)過處理的介質(zhì)中，在大氣氣氛下，普通空氣爐中加熱至700～850℃，保溫30~6000min；利用該方法在鈦合金試件表面形成氧固溶硬化層，所述氧固溶硬化層的深度為80~120μm；所述介質(zhì)為ZrO2粉末。本發(fā)明的表面處理方法簡單，只要一步即可實現(xiàn)鈦合金的表面強化，可以實現(xiàn)鈦合金表層的硬度達到HV780以上，氧的固溶硬化深度可以達到100μm，取得了良好的效果。
文檔編號C23C8/10GK102400086SQ20111037867
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權日2011年11月24日
發(fā)明者張敏, 陳長軍 申請人:蘇州大學