一種表面強(qiáng)化鈦合金的滲鐵方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 本發(fā)明涉及一種合金的制備方法。
【背景技術(shù)】 [0002] 鈦合金比強(qiáng)度高，是應(yīng)用最廣泛的空間結(jié)構(gòu)材料。但其強(qiáng)度、硬度低， 耐磨性差，使這一優(yōu)質(zhì)材料的應(yīng)用受到限制。盡管高強(qiáng)度鈦合金開(kāi)發(fā)方面已取得很大進(jìn)展， 但其表面硬度和耐磨性還需進(jìn)一步提高?；瘜W(xué)熱處理強(qiáng)化是提高材料表面硬度和耐磨性的 最有效手段。目前針對(duì)鈦合金的化學(xué)熱處理主要是滲碳或滲氮處理，但這兩種方法獲得的 滲層很薄且不均勻。因此需探索鈦合金的化學(xué)熱處理強(qiáng)化方法，從而更有效地提高其表面 硬度和耐磨性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、能夠提高鈦合金表面的強(qiáng)度和 耐磨性的表面強(qiáng)化鈦合金的滲鐵方法。
[0004] 本發(fā)明的表面強(qiáng)化鈦合金是一種表面有厚度為170~199微米含鐵硬化合金層的 鈦合金材料。
[0005] 上述表面強(qiáng)化鈦合金的滲鐵方法如下：
[0006] 1、原材料:滲鐵源極材料為工業(yè)純鐵，被滲材料為T(mén)i72Zrl7A17V4(原子比）鈦合 金。
[0007] 2、滲鍍處理：
[0008] 1)清洗等離子冶金爐內(nèi)輔助陰極與作為滲鐵源極的工業(yè)純鐵，該輔助陰極材料為 奧氏體不銹鋼，將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的被滲鈦合金裝入等離子冶金爐，通過(guò)支架調(diào) 整源極與被滲鈦合金之間的極間距為15-20_;抽真空，當(dāng)真空室的真空度低于IPa時(shí)，充入 氬氣到工作氣壓35-45Pa;開(kāi)啟與被滲鈦合金相連的電源，對(duì)被滲鈦合金施加200~300V電 壓，清潔被滲鈦合金表面使其活化便于活性原子吸附，5分鐘后升至規(guī)定電壓400-440V。
[0009] 2)打開(kāi)源極電源，施加電壓600~700V，轟擊源極，并逐步施加電壓到預(yù)定值850-950V〇
[0010] 3)滲鍍2-4小時(shí)后，依次關(guān)閉源極電壓、被滲鈦合金電壓、氬氣及真空栗，抽到極限 真空度時(shí)關(guān)閉真空栗，冷卻水保持2個(gè)小時(shí)候后取出被滲鈦合金。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 1、滲鍍后鐵被滲鈦合金中形成了金屬間化合物強(qiáng)化相，使得滲后鈦合金表面硬度 明顯提高，由原來(lái)的460Hv左右增加到653Hv。
[0013] 2、滲鍍后被滲鈦合金摩擦系數(shù)明顯降低;被滲鈦合金耐磨性明顯提高，1000g載荷 下磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，滲鍍后被滲金屬磨損量降低66.67%。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1滲鐵后被滲鈦合金表面維氏硬度Hv的變化曲線圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1滲鐵鈦合金和1000g下載荷原始鈦合金的摩擦系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果 圖。
[0016] 具體的實(shí)施方式：
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 清洗等離子冶金爐內(nèi)輔助陰極與滲鐵源極，該輔助陰極材料為奧氏體不銹鋼，該 滲鐵源極為工業(yè)純鐵。將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的鈦合金(裝入等離子冶金爐，通過(guò)支架 調(diào)整源極與鈦鋯合金之間的極間距為15mm。封閉真空室并開(kāi)啟機(jī)械栗抽真空，當(dāng)真空室的 真空度低于IPa時(shí)，充入氬氣至40Pa。開(kāi)啟與鋯鈦合金相連的電源，施加300V電壓，對(duì)鈦鋯合 金表面實(shí)施預(yù)轟擊，清潔鈦鋯合金表面，5分鐘后電壓升至430V左右。打開(kāi)源極電源，施加電 壓600V，轟擊源極，并逐步施加電壓至900V左右。滲鍍4h后依次關(guān)閉源極電壓、被滲鈦合金 電壓、氬氣及真空栗，冷卻水保持2個(gè)小時(shí)之后取出鈦鋯合金。經(jīng)掃描電鏡和能譜儀檢測(cè)被 滲鈦合金表面有厚度約為198.7μπι含鐵高硬度層的鈦合金。
[0019] 如圖1所示，可以看出滲鐵后被滲鈦合金表面硬度明顯提高，由原來(lái)的460Ην左右 增加到653Ην。從圖2和表1給出的摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果看出，滲后合金的摩擦系數(shù)明顯降低； 同時(shí)滲鐵后被滲金屬耐磨性明顯提高，該實(shí)驗(yàn)條件下滲鐵處理后材料的磨損量降低 66.67%。
[0020] 表1實(shí)施例1材料的磨損量(摩擦?xí)r間：15min)
[0021]
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 清洗等離子冶金爐內(nèi)輔助陰極與滲鐵源極，該輔助陰極材料為奧氏體不銹鋼，該 滲鐵源極為工業(yè)純鐵。將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的被滲鈦合金裝入等離子冶金爐，通過(guò) 支架調(diào)整源極與鋯鈦合金之間的極間距為16mm。封閉真空室并開(kāi)啟機(jī)械栗抽真空，當(dāng)真空 室的真空度低于IPa時(shí)，充入氬氣至35Pa。開(kāi)啟與鋯鈦合金相連的電源，施加250V電壓，對(duì)被 滲鈦合金表面實(shí)施預(yù)轟擊，清潔其合金表面，5分鐘后電壓升至400V左右。打開(kāi)源極電源，施 加電壓650V，轟擊源極，并逐步施加電壓至950V左右。滲鍍4h后依次關(guān)閉源極電壓、被滲鈦 合金電壓、氬氣，抽到極限真空度時(shí)，關(guān)閉真空栗，冷卻水保持2個(gè)小時(shí)之后取出被滲鈦合 金。經(jīng)掃描電鏡和能譜儀檢測(cè)被滲鈦合金有厚度約為185.2μπι的含鐵高硬度層的鈦合金。 [0024] 實(shí)施例3
[0025]清洗等離子冶金爐內(nèi)輔助陰極與滲鐵源極，該輔助陰極材料為奧氏體不銹鋼，該 滲鐵源極為工業(yè)純鐵。將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的被滲鈦合金裝入等離子冶金爐，通過(guò) 支架調(diào)整源極與被滲合金之間的極間距為20mm。封閉真空室并開(kāi)啟機(jī)械栗抽真空，當(dāng)真空 室的真空度低于IPa時(shí)，充入氬氣至45Pa。開(kāi)啟與鋯鈦合金相連的電源，施加200V電壓，對(duì)被 滲鈦合金表面實(shí)施預(yù)轟擊，清潔鋯鈦合金表面，5分鐘后將電壓升至440V左右。打開(kāi)源極電 源，施加電壓700V，轟擊源極，并逐步施加電壓至850V左右。滲鍍3h后依次關(guān)閉源極電壓、被 滲鈦合金電壓、氬氣，抽到極限真空度時(shí)，關(guān)閉真空栗，冷卻水保持2個(gè)小時(shí)之后取出被滲鈦 合金。經(jīng)掃描電鏡和能譜儀檢測(cè)被滲鈦合金有厚度約為170.3μπι的含鐵高硬度層的鈦合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面強(qiáng)化鈦合金，其特征在于：它是一種表面有厚度170~199含鐵硬化合金層 的鈦合金材料。2. 權(quán)利要求1的表面強(qiáng)化鈦合金的滲鐵方法，其特征在于： (1) 原材料:滲鐵源極材料為工業(yè)純鐵，被滲材料為T(mén)i72Zr17A17V4原子比鈦合金； (2) 滲鍍處理： ① 清洗等離子冶金爐內(nèi)輔助陰極與作為滲鐵源極的工業(yè)純鐵，該輔助陰極材料為奧氏 體不銹鋼，將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的被滲鈦合金裝入等離子冶金爐，通過(guò)支架調(diào)整源 極與被滲鈦合金之間的極間距為15-20_;抽真空，當(dāng)真空室的真空度低于IPa時(shí)，充入氬氣 到工作氣壓35-45Pa;開(kāi)啟與被滲鈦合金相連的電源，對(duì)被滲鈦合金施加200~300V電壓，清 潔被滲鈦合金表面使其活化便于活性原子吸附，5分鐘后升至規(guī)定電壓400-440V; ② 打開(kāi)源極電源，施加電壓600~700V，轟擊源極，并逐步施加電壓到預(yù)定值850-950V; ③ 滲鍍2-4小時(shí)后，依次關(guān)閉源極電壓、被滲鈦合金電壓、氬氣及真空栗，抽到極限真空 度時(shí)關(guān)閉真空栗，冷卻水保持2個(gè)小時(shí)候后取出被滲鈦合金。
【專利摘要】一種表面強(qiáng)化鈦合金，它是一種表面有厚度170-199微米含鐵硬化合金層的鈦合金；上述表面強(qiáng)化鈦合金的滲鐵方法主要是滲鐵源極材料為工業(yè)純鐵，輔助陰極材料為奧氏體不銹鋼材料，被滲材料為T(mén)i72Zr17Al7V4鈦合金，將經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光并超聲清洗的被滲鈦合金裝入等離子冶金爐，抽真空后，充入氬氣到工作氣壓35-45Pa，開(kāi)啟與被滲鈦合金相連的電源，施加200～300V電壓，對(duì)金屬鋯表面實(shí)施預(yù)轟擊，5分鐘后升至電壓400-440V；打開(kāi)源極電源，施加電壓，轟擊源極，并逐步施加電壓到850-950V；滲鍍2-4小時(shí)。本發(fā)明獲得的金屬鋯表面硬度明顯提高，由原來(lái)的460Hv左右增加到650Hv左右；同時(shí)滲鍍后被滲合金的摩擦系數(shù)明顯降低，磨損率降低66.67％。
【IPC分類】C23C10/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105483610
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510848233
【發(fā)明人】劉日平, 景勤, 董澤, 藺漢龍
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日