[发明专利]钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法

说明书

本发明涉及在钛及钛合金表面，制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层的方法，在钛及钛合金表面用100~200目的不规则石英砂粒做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂法中的超音速等离子喷涂法，用N₂等作为保护气体，将200~400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上。喷涂后经过表面处理得到关键特征钛表面，此钛表面得到强化并呈现出粗糙度均匀的光滑表面。此表面由钛和钛的氮化物以及氧化物组成，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。经测试此表面的维氏硬度可达到1000HV以上。

技术领域

本发明公开了钛及钛合金表面处理工艺技术，具体涉及钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法。

背景技术

钛及钛合金具有许多优异的物化性能，如：高韧性、高比强度、高屈服强度、高疲劳极限、非磁性、高熔点、低膨胀系数、良好的生物惰性、耐腐蚀性、良好的加工性能和低温性能等。因此，从20世纪50年代到70年代分别以“空中金属”、“陆用金属”和“海洋金属”而著称于工业界，21世纪更被誉为“钛的世纪”，然而，钛及钛合金的硬度较低、耐磨性较差，在使用过程中极易产生划痕，使其应用范围受到限制。因此，采用表面硬度提升技术来提高钛及钛合金的硬度意义重大。

发明内容

本发明针对钛及钛合金表面硬度较低问题，提供了钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法。

钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于：在钛及钛合金表面制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层中钛和钛的氮化物及氧化物呈互相挤压状态，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布，所述钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，包括以下步骤：

1）在钛及钛合金表面用100至200目的不规则石英砂做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂中的超音速等离子喷涂法，用N₂做保护气，将200至400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上。

2)喷涂后表面处理，用400目的碳化硅砂轮打磨表面，使表面粗糙度达Ra3.2以下，表面硬度达1000HV以上；

3)清洗干净，高压风吹干表面，无残留物，进行烘干处理；

优选的，所述保护气体，为N₂、CO₂或两者按比例混合气。

优选的，处理后的钛和钛合金表面外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。

优选的，所述热喷涂法包括但不限于超音速等离子喷涂法、超音速火焰喷涂法、普通等离子喷涂法。

优选的，所述喷砂颗粒，其特征在于100至200目的不规则石英砂粒。

优选的，所述表面处理磨料，其特征在于400目的碳化硅砂轮。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明通过热喷涂技术在钛及钛合金表面获得钛（钛合金）及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层有高硬度、高耐磨、致密及疏水性好的特点，对钛及钛合金的表面能够起到强化作用。

2）本发明在所制备组织层不引入其他金属元素，因此不改变钛及钛合金本身性质，及亲生物性的特点。制备过程操作简便，且热喷涂时基本不受钛及钛合金制品形状的限制，适合于工业化生产。

具体实施方式

以下对本发明做进一步描述：

实施例1

在钛及钛合金表面制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层中钛和钛的氮化物及氧化物呈互相挤压状态，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布，所述钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，包括以下步骤：