[发明专利]一种兼顾钛合金耐磨、抗疲劳性能Cr-Zr-Ti固溶层的制备方法

摘要

本发明公开了一种兼顾钛合金耐磨、抗疲劳性能Cr‑Zr‑Ti固溶层的制备方法，利用等离子表面合金化技术在钛合金表面开发一种强韧综合性能优异的Cr‑Zr‑Ti固溶层，为解决钛合金关键零部件需同时兼顾耐磨与抗疲劳提供新的技术途径。通过渗Zr处理和对TC4钛合金进行渗Zr再渗Cr处理，并将经过处理的试样取出，去除对疲劳性能不利的沉积层和化合物层，则剩余的渗层为Cr和Zr元素在TC4基体表面形成的扩散层，即Cr‑Zr‑Ti固溶层；其硬度与韧性匹配良好，具有优异的强韧综合性能，可使TC4钛合金的磨损率降低，并使疲劳寿命提高，制备的Cr‑Zr‑Ti固溶层扩散层在兼顾抗磨和抗疲劳方面拥有巨大潜力。

主权项

1.一种兼顾钛合金耐磨、抗疲劳性能Cr‑Zr‑Ti固溶层的制备方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.装炉，溅射清洗试样和靶材；将两块Zr靶悬挂于源极，将经过机械抛光并清洗干净的钛合金试样悬挂于靶材中间的工件极，调节试样和靶材之间的距离，抽真空至极限真空度10^‑3Pa，然后通入流量为40sccm的氩气，在20～30Pa下分别对靶材和试样进行溅射清洗10～15min；步骤2.渗Zr处理；真空炉中气压调节为40Pa，源极电压为650V，工件电压为380V，在粒子轰击和辅助加热电源的共同作用下工件升温至800℃，并在此温度下渗Zr处理3小时，然后关闭辅助加热电源，交替降低源极和工件电压，使工件随炉冷却至室温；步骤3.对步骤2中的渗Zr试样再进行渗Cr处理；打开真空炉，用两块Cr靶替换两块Zr靶，调节好渗Zr试样和Cr靶的距离，抽真空至极限真空度10^‑3Pa，通入氩气后分别溅射清洗Cr靶和渗Zr试样，然后依次进行升温、渗Cr和冷却的操作，其中，源极电压为700V，工件极电压为400V，800℃下渗Cr处理2小时；步骤4.剥除扩散层顶部的沉积层和化合物层，获得Cr‑Zr‑Ti固溶层；将经过先渗Zr再渗Cr处理的试样取出，放入热盐酸溶液中，当不再有气泡产生时取出试样并用水清洗干净，用1500#SiC水砂纸沿着疲劳试样纵向打磨以去掉腐蚀坑，再用丙酮和酒精清洗干净，则剩余的渗层为Cr和Zr元素在TC4基体表面形成的扩散层，即Cr‑Zr‑Ti固溶层。