[发明专利]一种用于TC4钛合金表面热浸渗铝的工艺方法

说明书

本发明涉及一种用于TC4钛合金表面热浸渗铝的工艺方法，包括以下步骤：S1、切割，将TC4钛合金板材线切割成多个试样件；S2、碱洗，将试样件侵入混合碱溶液中；S3、酸洗，将试样件侵入酸洗混合溶液中；S4、助镀,在温水浴锅中加入助镀剂；S5、渗铝，在760℃的温度下将试样件渗铝15min；S6、空冷，干燥温度为120℃，干燥时间为30min，在空气中冷却；S7、冷轧，使试样件的变形量为5‑15％；S8、退火，退火温度为700‑900℃，时间为3‑10h。通过表面处理解决了钛合金渗铝层易产生贯穿裂纹的技术难题，改善钛合金的表面性能，极大地提高TC4钛合金的耐高温氧化和耐磨损性能。

技术领域

本发明涉及热浸渗制备技术领域，尤其是一种用于TC4钛合金表面热浸渗铝的工艺方法。

背景技术

TC4钛合金具有优异的各项性能，被称为“太空金属”，“海洋金属”，如优良的力学性能和可焊接性、较好的的耐高温和耐低温性能，优异的耐蚀性能、良好的热变形性等。TC4钛合金属于α+β型合金，在温度升高和降低的过程中α相和β相之间会存在相互转化。Al元素和V元素作为TC4中的合金元素，以置换溶质的方式溶解在TC4合金中，因此全部TC4合金都属于置换型固溶体。大部分A1元素的加入存在于α型Ti中，从而产生α固溶体，从而也可使得β转变温度得到升高。在β型钛中也会溶解一小部分的Al元素，从而产生β固溶体，Al元素可以提高合金强度，但对合金的塑性没有太大的影响，而作为β相的稳定元素V元素，能够使β相的转变温度降低。V元素在β型Ti中能够无限制的固溶，而V元素在α型Ti中的不能够无限制的固溶，溶解度具有一定限制，V元素也可以使TC4钛合金得到固溶强化，并且可以在强度提高的同时还能在塑性上几乎没有变化。其他微量间隙元素的添加会使β转变温度提高。它由α相和β相组成，结构为魏氏α+β和等轴α+β，等轴α+β是应用最广泛的结构。钛合金具有的优良性能有密度低、韧性较好、强度较高、耐高温、耐腐蚀性较好，基于这些优良性能而被广泛应用，正是由于这些特点，使得钛合金在各个不同的领域受到重用。

近年来，随着我国在不同领域快速的发展，例如航空、航天、航海等领域，对钛合金的应用要求也日益提高，特别是在机械性能上，更是如此。钛合金是一种重要的轻质材料，其综合机械性能表现出显著的优异性能，例如有较高的强度、优异的塑性和韧性，良好的耐腐蚀性，大多数钛合金能在较高的温度条件下工作，飞机引擎排风管、发动机压气机、耐冲击部件等的主要材料都是钛合金，然而，TC4钛合金化学活性高，钛不仅容易被氧化，而且容易与空气中的氮、氢等元素发生化学反应，当温度达到500℃以上时，钛与氧发生强烈反应，生成硬化层，当温度达到600℃时，能与氮形成硬化层，随着温度的升高，氧气在钛合金基体内部的扩散速度越来越快，在700℃以后，氧在钛合金基体内部的扩散速度会大大增加，此时氧与钛合金的基体表面会发生化学反应，形成一层多孔、疏松的氧化膜，这种氧化膜的结构与低温时的钛合金表面的氧化膜不同，它的氧化膜的组成要复杂的多，通常含有TiO₂和少量的Al₂O₃，这时，钛合金表面的多孔、疏松的氧化物薄膜无法阻挡氧气进入钛合金的内部，这会使钛合金的表面变得更脆，塑性和韧性都会下降，严重地影响了在高温下钛合金的热加工工艺过程，从而也导致钛合金在工业生产制造领域的应用受到一定程度的限制，目前钛合金仍有许多不足之处，正是这些缺陷在一定程度上限制了它的使用范围，其主要的缺点在于其在使用时易发生磨蚀，由于自身氧化产生的氧化膜与基体的结合强调较弱，容易脱落，不能起到良好的保护作用，导致其在较高温度下的综合力学性能较差，抗高温氧化性能比较差。