[发明专利]一种钛合金表面改性处理的方法

说明书

本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种钛合金表面改性处理的方法，将钛合金在固体渗碳剂A和固体渗碳剂B中渗碳处理后进行气体共渗，实现钛合金的表面改性处理；所述固体渗碳剂A原料包括木炭粉a、碳酸钡、碳酸钙、乙酸钡、尿素、碳酸铈；所述固体渗碳剂B原料包括木炭粉b、碳酸钡、碳酸钙、碳酸铈；所述气体共渗所用气体为氨气、空气和乙炔。本发明在传统表面改性技术的基础上，大幅度提高了钛合金表面处理的效率，显著改善了处理效果。短时间内可获得较厚的硬化层，耐磨性显著提升，同时芯部保留了较好的韧塑性。为钛合金在工模具、齿轮、轴承等关键零部件上的应用提供了重要的技术支撑。

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，具体涉及一种钛合金表面改性处理方法。

背景技术

随着高端装备制造业的发展，对各种零部件提出了更高的要求，不但要考虑各种关键零部件的综合力学性能和安全使用寿命，在装备运行过程中，还要考虑减重节能的效果。随着经济的发展和环保要求的提高，减重节能已成为高端装备制造业的主要发展方向。钛合金性能与高强钢接近，但密度不到钢的60％，是替代钢制造高端装备用关键零部件的首选材料，目前钛及钛合金产品正逐渐取代部分钢铁制件应用于高端装备的制造。但是，钛合金表面硬度低、耐磨性不高限制了其在工模具、齿轮、轴承等关键零部件上的使用。同时钛合金表面改性处理不如钢铁材料容易进行，限制了其应用范围。

现有技术中，钛合金的表面处理主要有镀膜技术、离子注入技术和化学热处理技术，镀膜技术和离子注入技术可以在钛合金表面获得很高的硬度，但很难获得较厚的表面处理层，限制了其在中、重载零部件及工模具上的使用。化学热处理技术用于钛合金表面处理，虽然能获得几十微米厚的处理层，但与钢铁件表面几百微米、甚至几毫米厚度的表面改性层相比，依然很薄。另外，目前应用的钛合金表面化学热处理的方法处理层较厚时，脆性又会大幅度增加，导致处理后的钛合金产品脆性增加，严重影响了钛合金产品的寿命和服役安全。因此，亟需一种能达到钢铁表面化学热处理的水平的钛合金表面改性处理方法。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种钛合金表面改性处理方法，提升了钛合金表面改性处理的效率，在短时间内可获得几百微米厚的表面硬化处理层，脆性也明显低于传统化学热处理技术处理的样品，达到了钢铁表面化学热处理的水平。

本发明的技术方案之一，一种钛合金表面改性处理的方法，将钛合金在固体渗碳剂A和固体渗碳剂B中渗碳处理后进行气体共渗，实现钛合金的表面改性处理；

所述固体渗碳剂A原料包括木炭粉a、碳酸钡、碳酸钙、乙酸钡、尿素、碳酸铈；

所述固体渗碳剂B原料包括木炭粉b、碳酸钡、碳酸钙、碳酸铈；

所述气体共渗所用气体为氨气、空气和乙炔。

进一步地，所述木炭粉a粒径0.5～1mm，所述木炭粉b粒径1～3mm；所述钛合金为α+β型(TC)或β型(TB)钛合金。

木炭粉末粒径越小，表面积越大，与钛合金的接触面积越大，分解产生的活性炭原子越多，渗碳效果越好。但是，粒径越小，木炭粉越容易压实，致密性增加，不利于渗碳过程中产生的气体的流动性，会影响渗碳效果。

为达到较好的渗碳效果的同时促进渗碳过程中产生的气体的流动性，本发明做了改进，选择了贴近样品的为一层细的木炭粉组成的固体渗剂A，然后配合一层相对较粗的木炭粉组成的固体渗碳剂B，即可在增加与工件的接触面积的同时改善气体的流动性，从而实现良好的钛合金表面改性处理效果。

本发明中采用的木炭粉a的粒径也不宜太细，太细不但制备成本高，而且易造成原料团聚，与其他原材料混合的均匀性混合也不易控制，因此木炭粉a粒径选择0.5～1mm。

进一步地，质量分数计，所述固体渗碳剂A中各个成分的用量为：木炭粉a：80～82％；碳酸钡：8～10％；碳酸钙：3～5％；乙酸钡：2％；尿素：2％；碳酸铈：1％。