[发明专利]一种强化钛合金表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金表面改性方法，属于表面改性领域。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强、高温力学性能稳定、生物相容性好等优点，在宇航工业、生物医药、石油工业以及原子能等高技术领域，钛合金都有着广泛应用。但是钛合金作为运动副零部件时，耐磨性成为影响其使用性能和寿命的最重要因素之一，因此采用先进表面改性技术获得良好的耐磨层，成为解决这一问题的有效途径。近年来，固体渗金属、离子注入、激光表面合金化及电子束表面合金化、离子氮化等现代表面技术均应用到钛合金表面改性的研究中。这些技术在改善钛合金的摩擦磨损性能方面取得了显著效果，但将这些表面技术应用到承受冲击振动载荷、热疲劳环境时，普遍存在涂覆层薄，或抗冲击性能差，或与基体材料结合弱等缺点，需要开发在钛合金表面制备耐磨性高、与基体结合好的表面改性层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强化钛合金表面的方法，以解决现有技术涂覆层耐磨性差及与基体材料结合弱的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种强化钛合金表面的方法，针对钛合金表面，采用高频脉冲离子弧技术，以WC作为强化电极，在钛合金表面制备强化层。

其中，所述高频脉冲等离子弧技术强化步骤包括：

步骤1：对钛合金表面进行打磨，去除表面氧化膜；

步骤2：使用丙酮刷洗钛合金表面，清除表面油脂及污染物；

步骤3：把钛合金夹在地线夹，需制备的表面面向操作者，枪电极与钛合金的夹角约60°左右；

步骤4：水平移动喷枪直至钛合金表面全部强化，完成钛合金表面横向强化。

步骤5：水平90°旋转转台，按照步骤3、4在钛合金表面强化一次，完成钛合金表面纵向强化；

较佳地，还包括步骤6：重复步骤3-5，即实现在钛合金表面二次强化。

其中，所述步骤1中，采用200目水砂纸对钛合金进行打磨。

其中，所述高频脉冲等离子弧频率为2000HZ。

其中，Ti合金表面形成以TiC为主的强化层，厚度为0.05mm。

其中，所述强化层显微硬度为钛合金基体的2倍以上。

本发明采用高频脉冲离子弧技术强化钛合金表面，制备工艺流程少，提高了生产率并降低了成本，沉积层结构、厚度可控，能够实现工艺化生产。并且，沉积层与基体之间形成良好的冶金结合，具有细微组织，耐磨性能提高。

附图说明

图1为高频脉冲离子弧技术强化钛合金表面示意图。

图2为样品强化层X射线衍射分析结果。

图3为强化层金相图片。

图4为强化层的微晶结构照片。

图5为钛合金表面强化前后显微硬度变化。

其中，附图标记：

1-交流220V电源            2-高频脉冲控制柜

3-氩气表气阀              4-氩气瓶

5-喷枪/枪电极/旋转转台    6-钛合金

7-地线夹

具体实施方式

本发明的强化钛合金表面的方法采用高频脉冲离子弧技术进行强化，以WC作为强化电极，在钛合金表面制备以TiC为主的强化层。强化层厚度可达0.05mm，显微硬度达到钛合金基体的2倍以上，提高钛合金表面耐磨性。强化设备采用旋转电极式强化系统的经典机型SPARK 900，工作频率为2000HZ。

本发明的强化钛合金表面的方法包括：

步骤1：对钛合金表面进行打磨，去除表面氧化膜；

步骤2：使用丙酮刷洗钛合金表面，清除表面油脂及污染物；

步骤3：把钛合金6夹在地线夹7上，需制备的表面面向操作者，枪电极5与钛合金6的夹角约60°左右；

步骤4：水平移动喷枪5直至钛合金6表面全部强化，完成钛合金6表面横向强化。

步骤5：水平90°旋转转台5，按照步骤3、4在钛合金表面强化一次，完成钛合金表面纵向强化；

较佳地，还包括步骤6：重复步骤3-5，即实现在钛合金6表面二次强化。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

选用钛合金基体材料为TC6，化学成分见表1。试验选用电极直径Φ3mm，长度为80～100mm棒状电极，主要成份为WC。采用高频脉冲离子弧技术在TC6合金表面制备TiC强化层。强化工艺参数见表2。

表1钛合金TC6材料化学成分