專利名稱：一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法。

背景技術(shù)：
鈦合金具有強(qiáng)度高，耐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而成為重要的航空材料。鈦合金的使用，對(duì)減輕飛機(jī)重量，提升飛機(jī)性能具有重要意義。然而，鈦合金自身雖具有良好的耐腐蝕性能。但當(dāng)其與鋁合金及合金鋼接觸時(shí)，在應(yīng)力與環(huán)境協(xié)同作用下，則易于發(fā)生接觸腐蝕而導(dǎo)致失效。
接觸腐蝕是一種電偶腐蝕，即異種金屬在同一種介質(zhì)中接觸，由于金屬電位不同使電位較低的金屬溶解速度加快，造成接觸處的局部腐蝕?？刂平佑|腐蝕根本措施是通過(guò)合理的選材，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行表面改性與表面涂鍍層處理，使接觸件異種材料的電位接近，從而降低或消除接觸腐蝕。在航空工業(yè)上，控制鈦合金及其連接結(jié)構(gòu)接觸腐蝕的主要手段是采用各類表面工程技術(shù)。一種方法是采用化學(xué)鍍或者電鍍等方法，將材料表面改性，使相接觸的材料具有相近的電位，從而有效地防止電偶腐蝕。如B767客機(jī)的鈦合金緊固件全部采用離子鍍鋁處理后再與鋁合金接觸，降低鈦-鋁之間的電偶效應(yīng)；采用陽(yáng)極氧化或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層處理，是降低鈦合金與鋁合金和合金鋼接觸腐蝕的另外一種途徑。涂漆或涂膠也是防止鈦合金與其它金屬接觸腐蝕的重要手段，如用環(huán)氧鋅黃底漆、XM-33-4雙組分密封膠防護(hù)，可以防止0Cr13Ni8Mo2Al與LY12和TC4的接觸時(shí)的電偶腐蝕。
但目前上述的手段均存在一定的問(wèn)題，共性的問(wèn)題是上述的技術(shù)手段工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，并且更為嚴(yán)重的是，采用上述技術(shù)手段獲得的涂鍍層在環(huán)境、應(yīng)力協(xié)同作用下，很容易剝落而失去防護(hù)效果，并且很多技術(shù)手段成本高，要求待加工的工件尺寸、形狀有一定限制，因此存在很大的局限性，因此上述方法并不適合我國(guó)目前的制造現(xiàn)狀因此，研發(fā)行之有效的改善涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的新工藝，已成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中這些問(wèn)題，本發(fā)明提供一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，從而徹底解決了現(xiàn)在技術(shù)中存在的問(wèn)題。
本發(fā)明提供的對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
優(yōu)選的，第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
更優(yōu)選的，其中所述浸蝕處理是將除油除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計(jì)算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
優(yōu)選的，其中第二步將所述零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)經(jīng)600～700℃預(yù)熱10～20分鐘。
優(yōu)選的，其中第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中，浸沒(méi)1～5分鐘，其中所述鍍液主要由鋁、硅、鋅、稀土元素、微合金元素和納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑組成，所述微合金元素選自鎂、鐵、銅、錳、鉻、鋯中的一種或任意幾種，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，各組成成份占鍍液總質(zhì)量百分比為硅含量8～24％，鋅含量1.2～3.1％，稀土元素的含量0.02～0.5％，微合金元素的總含量0.02～5.0％，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的總含量1～2％，Al余量。
更優(yōu)選的，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
更優(yōu)選的，其中所述微合金元素中各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為鎂含量0.5～3.2％，鐵含量0.05～1％，銅含量0.05～0.5％，錳含量1.0～2.0％，鉻含量0.5～2.0％，鋯含量0.02～0.5％。
優(yōu)選的，其中所述第四步中使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層厚度為10～30μm。
另一方面，本發(fā)明還提供一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的鈦合金零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm。
優(yōu)選的，其中所述擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)下述工藝過(guò)程形成 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
本發(fā)明在浸鍍前，將浸鍍的部件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱一段時(shí)間，從而減小了涂層與基體材料之間的力學(xué)性能失配，使涂層即使在接觸微動(dòng)載荷作用下也不剝落。
另一方面，本發(fā)明浸鍍鍍液形成的涂層，可在鈦合金表面形成耐蝕、耐磨性好，與基體冶金結(jié)合好的涂層，從而可防止鈦合金零件與鋁合金、高溫合金等航空材料的接觸腐蝕。
再者，本發(fā)明在浸鍍后還增加了擴(kuò)散處理的步驟，從而使涂層與基體結(jié)合牢固，涂鍍層即使在環(huán)境、應(yīng)力協(xié)同作用下，也不容易剝落，從而起到了很好的防護(hù)效果。
綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，成本低，鍍層厚度可調(diào)整范圍廣，涂層與基體結(jié)合牢固，不容易剝落，適合各種尺寸零件的處理，并且可在鈦合金表面形成耐蝕、耐磨性好的涂層，從而可防止鈦合金零件與鋁合金、高溫合金等航空材料的接觸腐蝕，徹底解決了鈦合金與鋁合金和鋼鐵材料的接觸腐蝕問(wèn)題，對(duì)進(jìn)一步擴(kuò)大鈦合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)飛機(jī)性能的提升具有重要的意義。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供的一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括 第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理； 第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱； 第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)； 第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
下面，給出采用本發(fā)明的擴(kuò)散處理方法在鈦合金零件表面制備抗接觸腐蝕涂層的一些優(yōu)選的具體實(shí)施例，但需要說(shuō)明的是，下述具體實(shí)施例中給出的條件并非是作為必要技術(shù)特征加以描述的，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，完全可以在具體實(shí)施方式
所列數(shù)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理概括和推導(dǎo)。
實(shí)施例1 (1)將零件除油后，通過(guò)液體噴砂進(jìn)行除銹處理，噴砂后，通過(guò)機(jī)械研磨實(shí)施精細(xì)拋光，隨后在丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的鈦合金零件在鹽酸HCl 94％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF 6％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕1分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)上述處理的鈦合金零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，700℃預(yù)熱10分鐘。
(4)將經(jīng)預(yù)熱的鈦合金零件浸入鍍液中，浸沒(méi)1分鐘；浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍鋁硅的鈦合金部件放入真空爐內(nèi)，500℃保溫5小時(shí)。
經(jīng)上述工藝過(guò)程，在鈦合金表面形成鍍滲復(fù)合層。
實(shí)施例2 (1)將零件除油后，通過(guò)液體噴砂進(jìn)行除銹處理，噴砂后，通過(guò)機(jī)械研磨實(shí)施精細(xì)拋光，隨后在丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的鈦合金零件在鹽酸HCl 95％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF5％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕2分鐘，去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)上述處理的鈦合金零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，650℃預(yù)熱15分鐘。
(4)將經(jīng)預(yù)熱的鈦合金零件浸入鍍液中，浸沒(méi)3分鐘；浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍鋁硅的鈦合金部件放入真空爐內(nèi)，550℃保溫3小時(shí)。
經(jīng)上述工藝過(guò)程，在鈦合金表面形成鍍滲復(fù)合層。
實(shí)施例3 (1)將零件除油后，通過(guò)液體噴砂進(jìn)行除銹處理，噴砂后，通過(guò)機(jī)械研磨實(shí)施精細(xì)拋光，隨后在丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，去離子水漂洗。
(2)將除油除銹后的鈦合金零件在鹽酸HCl 96％(體積分?jǐn)?shù))+氫氟酸HF 4％(體積分?jǐn)?shù))混合溶液中，室溫浸蝕3分鐘。去離子水漂洗。
(3)將經(jīng)過(guò)上述處理的鈦合金零件放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，600℃預(yù)熱20分鐘。
(4)將經(jīng)預(yù)熱的鈦合金零件浸入鍍液中，浸沒(méi)5分鐘；浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)。
(5)將浸鍍鋁硅的鈦合金部件放入真空爐內(nèi)，600℃保溫2小時(shí)。
經(jīng)上述工藝過(guò)程，在鈦合金表面形成鍍滲復(fù)合層。
其中，實(shí)施例1-3中鍍液的組成和含量如下表1所示，并且需要特別說(shuō)明的是，表1中僅僅是給出本發(fā)明鍍液的一些優(yōu)選實(shí)施例，盡管表1的微合金元素同時(shí)包含鎂、鐵、銅、錳、鉻、鋯這六種元素，但這些并非是作為必要技術(shù)特征加以描述的，本發(fā)明的微合金元素可以是選自鎂、鐵、銅、錳、鉻、鋯中的一種或任意幾種，類似的，盡管表1中列出所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑為TiO2，但本發(fā)明的納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑還可以選自CeO2或兩種同時(shí)使用。
表1各組成成份占總重量的質(zhì)量百分比含量(％)
優(yōu)選的，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
優(yōu)選的，其中所述微合金元素中各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為鎂含量0.5～3.2％，鐵含量0.05～1％，銅含量0.05～0.5％，錳含量1.0～2.0％，鉻含量0.5～2.0％，鋯含量0.02～0.5％。
另一方面，本發(fā)明還提供一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的鈦合金零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm，下面給出本發(fā)明的經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的涂層一些優(yōu)選的實(shí)施方式，如下表2 表2厚度單位(μm) 注鍍層結(jié)合力測(cè)試方法參照GB1720-79進(jìn)行 綜上所述，盡管上面列舉了本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思并不局限于此，凡在此基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括
第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；
第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；
第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；
第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理包括除油、除銹處理和浸蝕處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述浸蝕處理是將除油、除銹后的零件放在鹽酸和氫氟酸混合溶液中，室溫浸蝕1～3分鐘，所述鹽酸和氫氟酸混合溶液以體積計(jì)算鹽酸HCl占94％～96％，氫氟酸HF占4％～6％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二步將所述零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)經(jīng)600～700℃預(yù)熱10～20分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中，浸沒(méi)1～5分鐘，其中所述鍍液主要由鋁、硅、鋅、稀土元素、微合金元素和納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑組成，所述微合金元素選自鎂、鐵、銅、錳、鉻、鋯中的一種或任意幾種，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑選自TiO2、CeO2中的一種或兩種，各組成成份占鍍液總質(zhì)量百分比為硅含量8～24％，鋅含量1.2～3.1％，稀土元素的含量0.02～0.5％，微合金元素的總含量0.02～5.0％，所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的總含量1～2％，Al余量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述納米氧化物顆粒增強(qiáng)劑的平均粒徑為15～60nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述微合金元素中各組成成份的具體加入量占總質(zhì)量百分比為鎂含量0.5～3.2％，鐵含量0.05～1％，銅含量0.05～0.5％，錳含量1.0～2.0％，鉻含量0.5～2.0％，鋯含量0.02～0.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第四步中使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層厚度為10～30μm。
9.一種涂層經(jīng)過(guò)擴(kuò)散處理的鈦合金零部件，其中所述零部件表面的涂層厚度為200-300μm，所述涂層中還包含使界面處原子擴(kuò)散而在基體上形成的擴(kuò)散層，通過(guò)所述擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合，所述擴(kuò)散層的厚度為10～30μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的零部件，其中所述擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)下述工藝過(guò)程形成
第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；
第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；
第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；
第四步擴(kuò)散處理，將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處的原子擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)鈦合金零件涂層進(jìn)行擴(kuò)散處理的方法，包括第一步對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理；第二步將零件放在氣氛保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱；第三步將經(jīng)預(yù)熱的零件浸入鍍液中浸沒(méi)，浸沒(méi)過(guò)程中對(duì)零件施以旋轉(zhuǎn)；第四步擴(kuò)散處理將已浸鍍的零件放入真空爐內(nèi)，500～600℃保溫2～5小時(shí)，使界面處原子的擴(kuò)散而在基體上形成擴(kuò)散層從而實(shí)現(xiàn)與涂層與基體的冶金結(jié)合，采用本發(fā)明的方法處理過(guò)的零件，可防止鈦合金零件與鋁合金、高溫合金等航空材料的接觸腐蝕，徹底解決了鈦合金與鋁合金和鋼鐵材料的接觸腐蝕問(wèn)題。
文檔編號(hào)C23C2/26GK101760715SQ20091026271
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者馮立新, 張敏燕, 張平則 申請(qǐng)人:無(wú)錫麟龍鋁業(yè)有限公司