[发明专利]一种钛合金表面电镀层再电子束重熔的表面改性方法

说明书

一种钛合金表面电镀层再电子束重熔的表面改性方法，利用电镀技术先在TC4钛合金表面预镀金属或合金复合镀层，再将镀层电子束重熔的技术。本发明改性方法能在一定程度上解决单种技术存在的问题，复合改性技术涂层硬度得到明显提高。先电镀镍/氧化铝复合镀层后电子束重熔复合技术，得到的表面改性层硬度最高为720HV，可达到钛合金基体硬度的2倍以上，显著提高钛合金的表面硬度与耐磨性，易于在相关工业领域推广应用。

技术领域

本发明涉及表面改性强化技术领域，具体涉及一种先利用电镀再电子束重熔多技术复合工艺对TC4钛合金表面进行强化的改性方法。

背景技术

钛及钛合金由于具有密度低、耐蚀性好、比强度高及良好的生物兼容性的优点，常被应用在航空航天、化工、生物材料等领域。然而其硬度较低（300~400HV）、摩擦系数较大(0.5～0.7)，耐磨性差，容易过早的失效，影响其使用寿命，造成成本增高，严重限制了钛合金的应用范围。为此对其进行表面改性处理，增强其表面的抗磨损能力，可发挥钛合金的最大优势。

目前，在钛合金上面采用的表面改性技术包括气相沉积、热喷涂、电镀、化学镀、激光表面改性、电子束表面改性等。这些技术的单独使用常存在一种或多种问题，如气相沉积操作需仔细且价格昂贵，覆层一般较薄。热喷涂涂层含有不同程度的孔隙，热应力集中并且塑形减少，劳动条件差等问题。单纯电镀或单纯化学镀技术，镀层由于与基体机械结合，结合强度低，易剥落，不能满足特殊情况下技术要求。激光表面改性技术转换效率较低，材料吸收率不高，激光强化工艺不稳定，还常常出现裂纹气孔等问题。电子束表面改性通常是让高能束将被加工件表面微熔，同时使铺在零件表面的合金粉末熔化，但容易出现金属飞尘、添加的粉末利用率低、焊接室真空度要求严格等问题。虽然这些技术在各自领域发挥着重要作用，但或多或少地存在着一定的局限性。为了进一步完善钛合金的表面增强工艺，需要通过两种或多种技术的有效结合使用，一方面可促使表面覆层质量的提高，另一方面也能在一定程度上解决单种技术存在的问题。

发明内容

本发明针对钛及钛合金表面硬度低、摩擦系数高引起的耐磨性能差等问题，提供一种先电镀制备预镀层再电子束重熔的复合技术及其制备方法，以期得到表面硬度高且复合层结合紧密的改性层。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种钛合金表面电镀层再电子束重熔的表面改性方法，按以下步骤。

（1）选取表面平整的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光。

（2）TC4钛合金板经预处理之后进行电镀处理，钛合金预处理工艺流程为：化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗。镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方条件如下，化学除油（氢氧化钠30~40 g/L，碳酸钠25~35 g/L，磷酸钠25~35g/L，硅酸钠3~7 g/L，氟化钠2~3 g/L，温度70~80 ℃，时间20~30 min），酸洗（氢氟酸15~25 g/L，硝酸40~50g/L，室温，时间3 ~ 15 s），活化（盐酸350~400 g/L，硫酸800~900g/L，室温，时间20~30 min）。

（3）TC4钛合金板电镀，电镀方法包含电镀金属及电镀复合镀技术。

（4）TC4钛合金板电镀后，将含有预镀层的TC4钛合金板用水清洗干净，然后放入干燥炉内干燥，在80~90℃条件下干燥，干燥后工件放入密封干燥容器中保存。

（5）将干燥后含有预镀层的TC4钛合金板置于电子束焊接室中，抽取真空状态，对其表面进行表面重熔处理。

本发明采用的TC4钛合金板成分如表1所示。

表1 TC4钛合金板的化学成分(wt.％)