[发明专利]一种钛合金表面金属基复合陶瓷涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，涉及到钛合金表面涂覆强化处理，特别是涉及一种钛合金表面金属基陶瓷复合涂层的制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、无磁、耐热和耐低温性能等优良的性能，能在550 ℃ 高温下和零下 250 ℃低温下长期工作而保持性能不变。因此，钛合金被广泛的应用于航天航空、武器装备、汽车零件、化工、舰船、生物医学等工业部门，被誉为“第三金属”。

然而钛合金硬度低、摩擦系数大、耐磨性差，又是热的不良导体；在恶劣环境中使用时不但会发生由磨损引起的失稳问题，还会造成大量的热量无法散开，引起“钛火”等现象的发生。

微弧氧化技术属于等离子电解沉积技术，与传统表面涂覆方法不同，它是在金属基体表面直接“原位”氧化烧结出硬质氧化物陶瓷涂层，通过 MAO 处理能有效地改善钛合金在苛刻环境中的耐、磨耐、减摩蚀和抗高温氧性能。而且其处理效率高、操作工艺简单、环境污染小、性价比高、适用于自动化生产，在许多领域具有应用前景。然而作为陶瓷涂层其也存在孔隙率高、韧性差，且钛合金微弧氧化涂层过渡层尺寸大，存在明显的界面，结合力较差。

脉冲电子束技术起源于20世纪60年代。直到20世纪80年代，低能强流脉冲电子束才开始在材料表面改性方面获得重视和使用。该技术能够实现较高的能量沉积(0~50J/cm²)使材料表层在时间（ns~10²μs）和空间（0μm~10²μm）高度压缩的情况下，形成10³K数量级的温度场、10⁸~10⁹K/s的退火速率和10²~10³MPa的应力场，诱发一系列非平衡态的剧烈的物理化学变化，从而提高金属材料表层的硬度、耐磨耐蚀性能，甚至疲劳性能，实现材料表面性能的强化和优化。但由于设备的原因，目前只有俄罗斯，德国，美国，日本等的个别科研单位在这方面进行了一些探索性工作。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种钛合金表面金属基复合陶瓷涂层的制备方法。

采用的技术方案

一种钛合金表面金属基复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）采用粒度600目以内砂纸打磨钛合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保证处理表面的精度；

（2）采用酒精、丙酮有机溶剂，或热碱溶液，清洗经过（1）处理的钛合金部件表面10分钟以上，除去油污、杂质等；

（3）采用醋酸钠-硅酸钠系，或磷酸-硅酸钠系电解液，处理参数为：电流密度1A/dm²~5A/dm²，电压300V~600V，占空比20~50%，温度0~60℃，频率700~900Hz，将经过步骤（2）处理的部件表面进行微弧氧化处理，制备主要成分为金红石及锐钛矿的陶瓷涂层；

（4）采用强流脉冲电子束对通过步骤（3）处理的钛合金部件表面轰击处理，轰击参数为：电流密度为：5～15J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：1~5Hz，脉冲次数：5~30次，真空度P＜3.5× 10^-2Pa，使其表层发生重熔。

本发明所具有的效果：

本发明方法一操作，制备的复合涂层为金属陶瓷材料，既具有金属的高致密度、韧性，又具有陶瓷材料的高硬度、耐磨耐蚀和抗高温的特点。

另外，涂层由金属基体原位生长出来，且从其表面到基体金属内部，陶瓷相和金属相的含量呈连续的梯度状变化效果，达到无明显结合界面的效果；因此，该复合强化层结合强度更高，与基体金属具有更好的热匹配性，有望解决传统涂覆保护层过早剥落的问题。

附图说明

图1是实施例1中获得的致密的金属陶瓷涂层表面形貌；

图2是经过实施例3处理后获得涂层表面的摩擦系数图。

具体实施方式

本发明所用微弧氧化电源，DSM30F，迪思数控设备有限公司；强流脉冲电子束设备，SOLO-型，俄罗斯制造；采用FM-300显微硬度进行测试。

实施例1

（1）采用粒度600目砂纸打磨钛合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保证处理表面的精度；

（2）采用酒精，清洗经过（1）处理的钛合金部件表面15分钟，除去油污、杂质等；