[发明专利]钛合金表面局部氮化方法及装置

说明书

本发明提供了钛合金表面局部氮化方法及装置，涉及材料表面处理技术领域。钛合金表面局部氮化方法，包括：对钛合金工件待氮化区域表面抽真空；使钛合金工件待氮化区域表面处于氮气气氛中；采用激光扫描在钛合金工件待氮化区域进行氮化处理。钛合金表面局部氮化装置，真空箱的一个侧壁具有透明区域，与透明区域位置相对的一个侧壁开设操作口，操作口的位置与透明区域的位置对应，工作时，使真空箱开设有操作口的一面扣于钛合金工件待氮化区域表面，激光发射方向朝向透明区域，真空箱开设有氮气入口。该方法和装置氮化效率高且氮化效果稳定，工件不受影响，解决了因长时间高温高压渗氮造成的工件变形和低效等问题。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体而言，涉及钛合金表面局部氮化方法及装置。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、抗蚀性能和抗低温、高温性能优越的优点备受关注，然而因钛合金表面的硬度较低，耐磨性能较差，对粘着磨损和微动磨损非常敏感，使其应用范围受到很大的限制。目前，如何改善钛合金的硬度和耐磨性成为研究钛合金领域的热点之一。通过表面使钛及钛合金表面形成氮化物是提高其硬度、耐磨性和耐疲劳性的有效办法，传统的表面改性技术，如等离子喷涂、表面化学热处理、气相沉积技术、电镀、离子注入技术等可以有效提高钛合金表面耐磨性。但是这些方法都存在一定的缺点，比如需要对工件进行长时间整体高温加热而引起工件变形，效率低；或由于钛合金表面涂层与钛基材结合力较弱，容易剥落等等。采用激光表面渗氮技术可以获得具有硬度高、耐磨耐蚀的氮化层，与基体属于原位冶金结合，结合强度大，不易剥落。但现有技术在进行氮化处理时仍旧存在诸多问题导致氮化方法有待进一步优化。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化效果好的钛合金表面局部氮化方法及装置。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种钛合金表面局部氮化方法，包括：对钛合金工件待氮化区域表面抽真空；使钛合金工件待氮化区域表面处于氮气气氛中；采用激光扫描在钛合金工件待氮化区域进行氮化处理。

在可选的实施方式中，根据氮化层厚度要求，氮化处理时，激光功率200-6000W，扫描频率50-1000Hz，扫描速度200-1000mm/s；

在可选的实施方式中，扫描重叠区域0-0.5mm。

在可选的实施方式中，氮化处理时，激光扫描为正离焦，激光头到待氮化区域表面的距离处于激光焦距范围内，激光光斑的直径小于或等于2mm。

在可选的实施方式中，在进行氮化处理之前还包括对待氮化区域表面进行清理，清理方式为激光扫描。

在可选的实施方式中，表面清理时激光功率500-1000W，扫描频率500-1000Hz，扫描速度200-1000mm/s。

在可选的实施方式中，抽真空至气压小于或等于100Pa时开始对待氮化区域表面进行清理。

在可选的实施方式中，使钛合金工件待氮化区域表面处于氮气气氛中，根据实际要求，当气压达到100～1000Pa后，采用激光扫描对钛合金工件待氮化区域进行氮化处理。

在可选的实施方式中，使钛合金工件待氮化区域表面处于氮气气氛中是在钛合金工件待氮化区域表面形成的密闭空间内充入氮气；

在可选的实施方式中，充入氮气的同时还向密闭空间内通入稀释气体，稀释气体为惰性气体。

表面氮化后通入空气，压力平衡后可快速移动到下一个待处理位置。

第二方面，本发明实施例提供一种钛合金表面局部氮化装置，包括激光扫描系统、真空箱和抽气泵，激光扫描系统的激光发射方向朝向真空箱，真空箱与抽气泵连通，真空箱设置有氮气入口。