[发明专利]一种提高Al2O3陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法

权利要求书

1.一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，包括以下步骤：

（1）采用Ni-Ti合金靶材，利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti合金层；所述Ni-Ti合金层包括Ni-Ti沉积层及互扩散层；所述Ni-Ti合金靶材中，Ni为70-80wt％，Ti为20-30wt％；所述Ni-Ti合金层中的Ni-Ti沉积层厚度为15-20μm；所述Ni-Ti合金层中的互扩散层厚度为5-7μm；所述Ni-Ti合金层中Ti、Ni元素浓度由Ni-Ti合金层向Ti6Al4V合金基体内扩散；所述Ti6Al4V合金中的Ti、Al元素浓度由Ti6Al4V合金基体向Ni-Ti合金层内扩散；

（2）利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入Ti离子；所述Ti离子的注入剂量为1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²；

（3）将步骤（1）中制备的Ti6Al4V合金及步骤（2）中经表面处理的Al₂O₃陶瓷，在真空扩散焊设备中实现焊接。

2.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2）中，所述Al₂O₃陶瓷的表面粗糙度低于0.1μm。

3.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（1）中，所述双辉等离子表面冶金方法为：

（2a）将Ti6Al4V合金和Ni-Ti靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti靶材为源极；

（2b）抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗Ni-Ti靶材，清洗Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层；

（2c）Ni-Ti靶材及Ti6Al4V合金表面清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：800-950 V；

工件电压：400-500 V；

氩气气压：30-45 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

保温时间：3-4h；

（2d）停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备。

4.根据权利要求3所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2b）中，所述清洗Ni-Ti合金靶材为低温轰击靶材，等离子清洗25-35min，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压： 600-800 V；

工件电压： 0 V；

氩气气压： 20-25 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

清洗时间：25-35 min。

5.根据权利要求3所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2b）中，所述清洗Ti6Al4V合金为：将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V合金，等离子清洗25-35min，去除Ti6Al4V合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压： 0 V；

工件电压： 400-500 V；

氩气气压： 20-25 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

清洗时间：25-35min。

6.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2）中，所述离子注入方法为：

（3a）Al₂O₃陶瓷打磨抛光至表面粗糙度低于0.1μm，清洗干净后，将Al₂O₃陶瓷放入离子注入设备腔室中，并抽本底真空低于10^-3Pa，启动离子注入设备离子源控制柜，升电弧电压至50-80V，预热，开频率控制开关，调节触发频率至7-12Hz，待起弧后，调节抑制电压至0.5-1kV，引出电压至45-100kV，通过控制触发频率、电弧电压、抑制电压和引出电压，将抑制电流调至0.5~2mA，引出电流调至1-6mA，注入时间为0.5-6小时，注入剂量为1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²；

（3b）待Al₂O₃陶瓷温度随炉冷却至室温后取出试样，试样即可在真空扩散焊设备中与Ti6Al4V合金实现扩散焊接。