[发明专利]一种钛合金表面的激光氮化-热等静压处理方法

说明书

本发明涉及合金技术领域，提供了一种钛合金表面的激光氮化‑热等静压处理方法，在钛合金表面顺次进行激光氮化处理和热等静压，完成钛合金的处理。首先通过激光氮化处理在钛合金表面制备了金属陶瓷氮化层，提升了钛合金的强度；然后进行热等静压消除内部缺陷、提高组织均匀性；通过激光氮化和热等静压两步实现了钛合金改性层材料强韧化以及摩擦学性能的同时提高。本申请提供的处理方法，析出的TiN陶瓷相可以提高钛合金的强度，处理后钛合金硬度提高了60Hv，同时塑韧性和摩擦性能也得到了提高，室温时摩擦系数由1.3降到1.07，500℃时磨损率由6.9*10supgt;‑5/supgt;mmsupgt;3/supgt;/(N·m)降低到1.9*10supgt;‑5/supgt;mmsupgt;3/supgt;/(N·m)。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种钛合金表面的激光氮化-热等静压处理方法。

背景技术

钛合金由于其优越的物理化学性能在航天航空、医疗等领域有着不可替代的应用，而钛合金表面的耐磨问题限制了其进一步应用和服役寿命。选择合理的表面处理方法来提高钛合金表面的硬度和耐磨性是重要的工程研究问题。其中，激光选区熔化(SLM)辅助氮气在钛合金表面原位制备金属陶瓷氮化层(TiN-Ti)是当前适用于此类大型钛合金复杂异形零部件最有效的表面强化工艺，可以在常规环境下实施并易于与机器人等装备结合，具有较高的生产效率、较好的灵活性和对复杂异形工件的适应性，具有广泛的工业应用。然而，激光加工过程中高局部热输入触发形成的高速冷却(105～107K/s)和高温度梯度(103～104K/mm)会引起不完全均质扩散，形成过饱和固溶体，非平衡小体积熔池受到该区域固化材料的约束从而产生了残余拉应力。同时，陶瓷相与金属相之间的熔点、热膨胀系数、杨氏模量等存在极大差异性和较短的相互作用时间，进一步积累了热应力，高热应力引起材料中发生变形，产生大量位错，再加上固溶元素对位错传播的阻断作用，因此位错倾向于在枝晶间区堆积，形成位错胞。形成的非均匀分布的高残余应力和亚稳态结构会放大改性层的裂纹敏感性，使得改性层硬脆性增强，延展性降低。此外，快速冷却还会导致发生一些特殊的相变，比如Ti基材料β--α+α′相发生了彻底的相变；Ni基材料形成了lives相。综上，如何在不牺牲太多强度的前提下增强金属陶瓷材料的韧性和塑性成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种钛合金表面的激光氮化-热等静压处理方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛合金表面的激光氮化-热等静压处理方法，包含下列步骤：

在钛合金表面顺次进行激光氮化处理和热等静压，完成钛合金的处理。

作为优选，所述激光氮化处理在氮气气氛下进行；所述氮气的输入流量为5～10L/min。

作为优选，所述激光氮化处理的激光输出功率为1500～2500W。

作为优选，所述激光氮化处理的光斑直径为2～6mm。

作为优选，所述激光氮化处理的喷嘴和基板之间的距离为2～10mm。

作为优选，所述激光氮化处理的扫描速度为0.01～0.1m/min。

作为优选，所述热等静压的升温速度为5～10℃/min。

作为优选，所述热等静压的目标温度为900～1100℃。

作为优选，所述热等静压的保温时间为2～4h。

作为优选，所述热等静压的保压压强为120～150MPa。

本发明的有益效果是：