[发明专利]一种TC4钛合金表面质量优良的电火花表面强化制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种TC4钛合金表面质量优良的电火花表面强化制备工艺，获得具有优良表面质量强化层的TC4钛合金。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、比强度高、工作温度宽和腐蚀抗力强等优点逐渐成为一种优异的航空航天结构材料，但因其存在硬度低、耐磨损性能差等缺点限制了应用范围的进一步扩展。如何提高钛合金表面的硬度和耐磨性一直是钛合金研究与应用所关注的焦点，国内外学者对此进行了大量的研究工作。电火花表面强化是电火花微细加工领域重要的延伸和拓展，通过电极与工件之间的瞬态放电，利用放电能量使电极材料向基体扩散、迁移，以实现基体局部表面熔化和合金化，获得表面硬质薄层化合物，以增强合金表面硬度。但裂纹是大面积表面强化技术中最棘手的问题，因此，对于混粉准干式电火花表面强化技术而言仍然存在此类问题。科研工作者们对裂纹形成的规律以及防止裂纹长生的措施进行了近百年的研究，其经验和成果在生产实践中得到了应用。然而，直到目前，人们对裂纹的认识仍不是很全面，生产实践中的裂纹问题仍然没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电火花表面强化TC4钛合金过程中强化层表面存在裂纹的问题，提供一种能有效的改善电火花表面强化TC4钛合金强化层裂纹的方法。

本发明改善TC4钛合金表面质量的电火花强化工艺按以下步骤实施：一、制备混粉准干式电火花表面强化需要的TC4钛合金材料。实验采用的是退火态的TC4钛合金。二、用10％NaOH水溶液将TC4钛合金表面清洗干净，用卡具将其固定于电火花成型机床的工作台上，在去离子水中混入固体粉末材料碳粉，粒度为2.6μm，浓度为5ml/l，利用搅拌器将其搅拌均匀，利用雾状发生器产生混粉准干式工作介质。电火花实验参数为：脉冲电流ie＝2.9A、8.2A、14A、20.8A，脉冲间隔t_off＝150μs，脉冲宽度t_on＝150μs，电源极间放电电压为120V，加工深度h＝0.1mm，工具电极为石墨。强化时，工件接电源正极，工具电极接电源负极。

本发明改善TC4钛合金表面质量的电火花强化工艺原理为：单个脉冲放电所释放的能量为

W_M＝(25-30)i_et_e(1)

式中i_e-脉冲电流幅值(A)；

t_e-电流脉宽(μs)

脉冲电流大，则单个脉冲放电能量高，受高温熔融的材料量多，材料凝固时温度场梯度小，因而产生的裂纹少。

本发明工艺简单，易于操作。采用本发明方法处理后的TC4钛合金表面裂纹明显减少，最大显微硬度值为693HV～1200HV，与未经过处理的原始TC4钛合金相比提高了131％～300％。

具体实施方式

具体实施方式一：一、制备混粉准干式电火花表面强化需要的TC4钛合金材料。实验采用的是退火态的TC4钛合金。用10％NaOH水溶液将其表面清洗干净，用卡具将其固定于电火花成型机床的工作台上。二、去离子水中混入固体粉末材料碳粉，粒度为2.6μm，浓度为5ml/l，利用搅拌器将其搅拌均匀。三、混粉准干式工作介质的产生。采用雾状发生器将混入固体强化材料的工作液体和气体混合均匀，得到混粉准干式介质，作为电火花表面强化的工作介质。四、表面强化。气液固三相准干式介质经专用喷嘴输入工具电极和工件之间的间隙，固体粉末强化材料粘附在工件表面，电极放电产生的高温使工件基体材料与粉末强化材料熔融并发生原位自生反应，生成增强相，进而强化合金表面。电火花实验参数选择为：脉冲电流ie＝2.9A，脉冲间隔t_off＝150μs，脉冲宽度t_on＝150μs，电源极间放电电压为120V，加工深度h＝0.1mm，工具电极为石墨。强化时，工件接电源正极，工具电极接电源负极。

本实施方式制得的TC4钛合金表面强化层上分布一定数量裂纹，如图1所示。表面硬度测试其值为693HV。比未经表面强化的原始TC4钛合金表面硬度的300HV提高393HV，涨幅为131％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤四中采用的实验方案为脉冲电流ie＝8.2A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式制得的TC4钛合金表面强化层裂纹数量较具体实施方式一相比有所减少，如图2所示。表面硬度测试其值为901HV。比未经表面强化的原始TC4钛合金表面硬度的300HV提高601HV，涨幅为200％。