[发明专利]一种在钛合金表面制备钛氮镀层的方法

说明书

本发明提供了一种在钛合金表面制备钛氮镀层的方法，属于材料制备技术领域。包括以下步骤：以钛合金型材为基底，将所述钛合金型材放入转底炉中，在氮气氛围下依次进行低温预热、高温反应和冷却；所述高温反应的温度为1300～1600℃。本发明直接以钛合金型材为基底，钛合金型材表面的钛元素在高温的条件下直接与氮气发生反应，在钛合金型材的表面形成钛氮镀层，该方法操作简单，且得到的钛氮镀层性能优异；同时本发明的低温预热、高温反应均是在转底炉中进行，使用的设备成本低，且节能。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种在钛合金表面制备钛氮镀层的方法。

背景技术

所谓钛金，应是在钛合金的外表面镀上一薄层金，具有成本低，外观好、色泽高雅，不易变色及重量轻等优点。

钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等特性。钛在化工生产中常用于制造热交换器，在电子工业中用做除氧剂。钛对人体无毒，也不和人体肌肉和骨骼发生反应，在医学上称为“亲生物金属”。因此广泛用做医疗器械以及人工关节、人工心瓣、人造齿根等。近年来全世界对钛的需求日益增长，被誉为21世纪金属。

钛合金强度高，大量用于制造军用超音速飞机的结构部件，也用于制造火箭发动机壳体、人造卫星壳体等，还可用于制造船舶及潜艇的各种部件。用钛合金制造火炮、坦克等，既能减轻重量，又很耐用。

TiN为钛合金中的一种，硬度极高，其摩擦系数大大低于高速钢，且化学性质不活泼，从而使之能在工具和工件之间起热垒作用。在工具上镀覆TiN的成本，仅是原工具成本的10～50％，而用户所得到的效益包括延长工具使用寿命通常是没有镀层工具的3～5倍；由于减少停车时间而增加产量、通过提高工具表面光洁度提高了产品质量。

工具氮化钛镀层是采用物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)，在工具或模具表面上镀上一层2～5μm金黄色的氮化钛(TiN)硬膜层。因为氮化钛硬度高(可达HV2000，相当于HRC 80～85)、摩擦系数低、与基体的结合强度好、化学稳定性好、润滑性好、耐高温、能承受一定程度的弹性变形，故工具经氮化钛镀复后，寿命可提高3～10倍以上，可进行高速切削和精切，如切削40～45HRC中硬齿面齿轮、耐磨合金和纤维塑料等难加工材料。通过提高工件的表面光洁度，减少调换刀具次数，来实现提高生产效率、节约能源、减少生产费用。

由于CVD法在化学气相沉积室中发生的反应复杂，条件很难控制；且设备复杂。同时，PVD镀覆装置包括溅射、发射电子束熔化、阴极弧光沉积，使其制备成本高，难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在钛合金表面制备钛氮镀层的方法。本发明提供的方法操作简单、能耗低；且制备的钛氮镀层性能好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种在钛合金表面制备钛氮镀层的方法，包括以下步骤：

以钛合金型材为基底，将所述钛合金型材放入转底炉中，在氮气氛围下依次进行低温预热、高温反应和冷却；所述高温反应的温度为1300～1600℃。

优选地，所述钛合金型材包括α钛合金型材、β钛合金型材或α+β钛合金型材。

优选地，所述氮气的流量为1500～2500mL/min。

优选地，所述高温反应的时间为10～50min。

优选地，所述低温预热的温度为500～680℃，时间5～15min。

优选地，所述冷却的方式为随炉冷却。

优选地，所述冷却后的温度为室温。

优选地，所述转底炉的转速为30～60min/r。