[发明专利]一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺

说明书

本发明涉及一种通过钛的氢处理形成表面涂层的方法。将待处理工件A装入刚性模具，模具内腔的尺寸设计为与工件间存在一定的空隙，将含钛混合粉末B填充入刚性模具与工件间的空隙，得到组件C；将组件装入高温炉中通入氢气，吸氢；然后将工件连同模具进行真空退火脱氢，脱氢后工件尺寸收缩，能够方便地从模具内取出。为了提升涂层的质量，脱氢后,可进行高温烧结；高温烧结的温度大于吸氢温度和脱氢温度。本发明首次提出一种全新的涂层制备方法，其涂层可以附加许多功能，便于大规模应用，同时本发明得到的涂层表面硬度、密度、厚度、孔隙度可控，均匀性好，可处理复杂形状表面，性能提升显著。

技术领域

本发明涉及一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺；特别涉及一种通过钛的氢处理在钛合金表面形成涂层的方法。

背景技术

钛合金以及钛基复合材料有密度低、比强度高、耐蚀、可焊、中温性能好、无磁等一系列的优点，在航空航天、核能化工等领域有着广泛用途，是一种应用广泛的重要金属材料。

钛合金及钛基复合材料加工难度大，加工成本高，硬度偏低，耐磨性差，导致最终产品的应用受限。钛合金表面改性技术可提高制品的耐磨性，改善合金的耐腐蚀性和生物相容性。此外对于钛合金的表面涂层还能够对力学、热学、光学、电学等多种物理化学性能进行调控，以满足应用需求。钛合金表面改性的方法有化学处理、溶胶凝胶、阳极氧化、气相沉积、热喷涂、等离子沉积、离子注入法等。总的来说，这些特种工艺技术一般存在成本高昂、推广难度大、对产品尺寸限制较大，特别是难以获得复杂形状、厚度可控、孔隙度可控的涂层(10mm)。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，首次提出一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺，可以在待处理工件表面形成涂层，提高硬度、耐磨、耐腐蚀性等功能。

本发明一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺；将待处理工件A装入刚性模具，模具内腔的尺寸设计为与工件间存在一定的空隙，将含钛混合粉末B填充入刚性模具与工件间的空隙，得到组件C；将组件装入高温炉中通入氢气，吸氢；吸氢的体积膨胀效应使粉末与工件互相挤压同时受到刚性模具的约束，从而使得工件表面得到较好结合强度、大于等于1微米的的涂层；然后将工件连同模具进行真空退火脱氢，脱氢后工件尺寸收缩，能够方便地从模具内取出。

如需进一步提高涂层强度和密度，脱氢后,可对工件进行高温烧结；高温烧结的温度大于吸氢温度和脱氢温度。

本发明涉及一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺。将待处理工件装入刚性模具，模具内腔的尺寸设计为与工件间存在一定的空隙，将含钛混合粉末装入刚性模具与工件间的空隙。然后对模具进行封装，再装入高温炉中通入氢气，使钛吸氢；钛吸氢的体积膨胀效应使粉末与工件互相挤压，同时受到刚性模具的约束，从而使得工件表面得到较好结合强度的涂层；然后将工件连同模具进行退火脱氢，脱氢后工件尺寸收缩，能够方便地从模具内取出；最后根据性能要求，可对带涂层的工件进行烧结获得更加致密的表面层。

本发明提供了一种新型钛合金表面涂层方法。本方法可对钛合金进行表面涂层处理，涂层成分可选范围广泛，可用钛粉、钛合金粉、含钛混合粉、其他金属粉、陶瓷粉等。本方法得到的涂层表面硬度可控、密度可控、厚度可控、孔隙度可控、均匀性好，性能提升。

本发明一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺；吸氢过程控制为：将组件C装入高温炉中加热至一定温度，通入氢气，保温，然后降温至一定温度，保温，氢气流量不变，结束；在氢处理过程中，待处理工件A和含钛混合粉末B的吸氢膨胀体积必须达到有塑性变形，使粉末良好的结合并附着在工件表面。

本发明一种钛及钛合金表面硬化以及表面功能化处理工艺；退火脱氢过程控制为：在真空，或流动惰性气氛(包括氩气)中，将组件C放入高温炉中加热至一定温度，保温，结束；在脱氢过程中待处理工件A和含钛混合粉末的结合体必须有一定程度的体积收缩，使结合体和模具内壁脱离能够顺利脱模。