专利名称：：一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法
技术领域：
：本发明涉及一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法。
背景技术：
：钛合金具有强度高，耐蚀性强等优点而成为重要的航空材料。钛合金的使用，对减轻飞机重量，提升飞机性能具有重要意义。然而，钛合金自身虽具有良好的耐腐蚀性能。但当其与铝合金及合金钢接触时，在应力与环境协同作用下，则易于发生接触腐蚀而导致失效。接触腐蚀是一种电偶腐蚀，即异种金属在同一种介质中接触，由于金属电位不同使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的局部腐蚀。控制接触腐蚀根本措施是通过合理的选材，适当地进行表面改性与表面涂镀层处理，使接触件异种材料的电位接近，从而降低或消除接触腐蚀。在航空工业上，控制钛合金及其连接结构接触腐蚀的主要手段是采用各类表面工程技术。一种方法是采用化学镀或者电镀等方法，将材料表面改性，使相接触的材料具有相近的电位，从而有效地防止电偶腐蚀。如B767客机的钛合金紧固件全部采用离子镀铝处理后再与铝合金接触，降低钛-铝之间的电偶效应；采用阳极氧化或化学转化膜层处理，是降低钛合金与铝合金和合金钢接触腐蚀的另外一种途径。涂漆或涂胶也是防止钛合金与其它金属接触腐蚀的重要手段，如用环氧锌黄底漆、XM-33-4双组分密封胶防护，可以防止0Crl3Ni8Mo2Al与LY12和TC4的接触时的电偶腐蚀。然而，国内外防止钛合金接触腐蚀虽然取得一定的成果，但目前上述的手段均存在一定的问题。共性的问题是上述的技术手段获得的涂镀层在接触腐蚀的作用下，很容易剥落，剥落的碎片使接触零件之间形成磨粒磨损，加剧了零件的失效，从而彻底失去防护效果，并且现有技术中的技术手段成本高，要求待加工的工件尺寸、形状有一定限制，因此存在很大的局限性，而飞机中大量的钛合金紧固件，迫切需要解决接触腐蚀导致的失效问题。
发明内容针对现有技术中这些问题，本发明提供一种能在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法，从而彻底解决钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题。本发明提供的一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法，包括第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金^口口。优选的，其中第一步中所述除锈处理是通过喷射砂浆使零件的表面除锈，所述喷射砂浆的磨料粒度为0.10.15mm，喷砂时间为1020分钟，喷砂后，再通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，最后去离子水漂洗。优选的，其中第二步中所述浸蚀处理是将除油、除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，室温浸蚀13分钟，再去离子水漂洗，其中所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算盐酸HC1占94%96%，氢氟酸冊占4%6%。优选的，其中第三步中所述表面活化处理的处理温度为4060°C，时间为3040min，所述表面活化处理的活化液的配方为乙二醇<:211602600900ml/L酸性氟化铵朋4冊22545g/L氯化镍NiCl2_6H201030g/L硼酸！138032060g/L乳酸C3H6031035ml/L醋酸〇21140270230ml/L。优选的，其中第四步中将所述零件放在气氛保护炉内经60070(TC预热1020分钟。优选的，其中第五步中将经预热的零件浸入镀液中15分钟，其中所述镀液主要由铝、硅、锌、稀土元素、微合金元素和纳米氧化物颗粒增强剂组成，所述微合金元素选自镁、铁、铜、锰、铬、锆中的一种或任意几种，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Ti02、Ce02中的一种或两种，各组成成份占镀液总质量百分比为硅含量824%，锌含量1.23.1%，稀土元素的含量0.020.5%，微合金元素的总含量0.025.0%，所述纳米氧化物颗粒增强剂的总含量12%，Al:余量。更优选的，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂的平均粒径为1560nm。更优选的，其中所述微合金元素中各组成成份的具体加入量占总质量百分比为镁含量0.53.2%，铁含量0.051%，铜含量0.050.5%，锰含量1.02.0%，铬含量0.52.0%，锆含量0.020.5%。优选的，其中第六步中将已浸镀的零件放入真空炉内50060(TC保温25小时，所述扩散层厚度为1030iim。另一方面，本发明还提供一种表面制备了抗接触腐蚀涂层的钛合金零部件，所述零部件表面的涂层厚度为200300iim，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为1030ym，其中所述扩散层经过下述工艺过程形成第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金妙A￡口口。本发明对钛合金进行浸镀前处理是改善涂层与基体结合强度的重要手段，是提高涂层抗接触腐蚀性的重要步骤，其中采用本发明活化液在浸镀前对零件进行表面活化处理，基本消除了活化液对零件产生腐蚀的风险，而且由于替代了现有技术中氟硼酸或氢氟酸的使用，环境污染小，从而更加环保、节能，另外，在浸镀前将浸镀的部件放入气氛保护炉内预热一段时间，从而减小了涂层与基体材料之间的力学性能失配，使涂层即使在接触微动载荷作用下也不剥落。另一方面，针对现有技术中钛合金表面的常规镀覆涂层在接触腐蚀作用下极易剥落而失去防腐作用的缺陷，采用本发明的镀液形成的涂层，可在钛合金表面形成耐蚀、耐磨性好，与基体冶金结合好的涂层，从而可防止钛合金零件与铝合金、高温合金等航空材料的接触腐蚀。再者，本发明在浸镀后增加了扩散处理的步骤，从而减小了涂层与基体材料之间的力学性能失配，进一步使涂层与基体结合牢固，涂镀层即使在接触腐蚀的作用下，也不容易剥落，从而起到了很好的防护效果。综上所述，本发明通过镀覆材料、镀覆工艺的改进，可在钛合金表面形成耐蚀、耐磨性好，与基体冶金结合好的涂层。并且涂层电位与铝合金等材料接近，可防止钛合金零件与铝合金、高温合金等航空材料的接触腐蚀。另外，本发明的方法工艺简单，生产成本低，并且能适用于任何形状、任何尺寸零部件，从而彻底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题，对进一步扩大钛合金在航空领域的应用，推动飞机性能的提升具有重要的意义。具体实施例方式本发明提供的一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法，包括第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金^口口。下面，给出采用本发明的方法在钛合金零件表面制备抗接触腐蚀涂层的一些优选的具体实施例，但需要说明的是，下述具体实施例中给出的条件并非是作为必要技术特征加以描述的，对于本领域技术人员来说，完全可以在具体实施方式所列数值的基础上进行合理概括和推导。实施例1(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.lmm，喷砂时间为20分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，去离子水漂洗。[OO48](2)将除油除锈后的零件在盐酸HC194%(体积分数)+氢氟酸HF6X(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀1分钟，去离子水漂洗。(3)在乙二醇，酸性氟化铵，氯化镍，硼酸，乳酸，醋酸的混合溶液中活化处理，温度4(TC，时间40min，去离子水漂洗，干燥。(4)将经(1)(3)处理的零件放入气氛保护炉内，70(TC预热10分钟。(5)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没1分钟，浸没过程中对零件施以旋转。(6)将浸镀的钛合金部件放入真空炉内，50(TC保温5小时，经上述工艺过程，在钛合金表面形成镀渗复合层。实施例2(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.12mm，喷砂时间为15分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，去离子水漂洗。(2)将除油除锈后的零件在盐酸HC195%(体积分数)+氢氟酸HF5%(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀2分钟，去离子水漂洗。(3)在乙二醇，酸性氟化铵，氯化镍，硼酸，乳酸，醋酸的混合溶液中活化处理，温度5(TC，时间35min，去离子水漂洗，干燥。(4)将经(1)(3)处理的零件放入气氛保护炉内，65(TC预热15分钟。(5)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没3分钟，浸没过程中对零件施以旋转。(6)将浸镀的钛合金部件放入真空炉内，55(TC保温3小时，经上述工艺过程，在钛合金表面形成镀渗复合层。实施例3(1)将零件除油后，通过液体喷砂进行除锈处理，磨料粒度为0.15mm，喷砂时间为IO分钟。喷砂后，通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，去离子水漂洗。(2)将除油除锈后的零件在盐酸HC196%(体积分数)+氢氟酸HF4X(体积分数)混合溶液中，室温浸蚀3分钟，去离子水漂洗。(3)在乙二醇，酸性氟化铵，氯化镍，硼酸，乳酸，醋酸的混合溶液中活化处理，温度6(TC，时间30min。去离子水漂洗，干燥。(4)将经(1)(3)处理的零件放入气氛保护炉内，60(TC预热20分钟。(5)在气氛保护熔炼炉内，将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没5分钟，浸没过程中对零件施以旋转。(6)将浸镀的钛合金部件放入真空炉内，60(TC保温2小时，经上述工艺过程，在钛合金表面形成铝硅镀渗复合层。其中，实施例1-3中表面活化处理的活化液的组成和含量如下表1所示，并且需要特别说明的是，表1中仅仅是给出本发明活化液的组成和含量的一些优选实施例，但本发明活化液的组成和含量并不局限于该表中所列数值，对于本领域的技术人员来说，完全可以在表中所列数值范围的基础上进行合理概括和推理，因此，以下实施例都只是作为更优选的条件，而并非是作为本发明的必要条件加以描述。表1:活化液配方，每1升(L)的组成和含量，余量为水。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中，实施例1-3中镀液的组成和含量如下表2所示，并且需要特别说明的是，表2中仅仅是给出本发明镀液的一些优选实施例，尽管表2的微合金元素同时包含镁、铁、铜、锰、铬、锆这六种元素，但这些并非是作为必要技术特征加以描述的，本发明的微合金元素可以选自镁、铁、铜、锰、铬、锆中的一种或任意几种，类似的，尽管表2中列出所述纳米氧化物颗粒增强剂为1102，但本发明的纳米氧化物颗粒增强剂还可以选自Ce02或两种同时使用。表2:各组成成份占总重量的质量百分比含量(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>另一方面，本发明还提供了一种表面制备了抗接触腐蚀涂层的钛合金零部件，所述零部件表面的涂层厚度为200300iim，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为1030ym，其中所述扩散层经过下述工艺过程形成第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金^口口。下面给出本发明制备了抗接触腐蚀涂层的一些优选的实施方式，如下表3:表3:厚度单位(iim)序号涂层厚度扩散层厚度镀层结合力抗接触腐蚀性1200101级良2210111级优3220131级优4235161级优5250191级优626021l级优727025l级优829028l级优9300302级优注镀层结合力测试方法参照GB1720-79进行综上所述，尽管上面列举了本发明一些优选的实施方式，但本发明的发明构思并不局限于此，凡在此基础上，对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围之内。权利要求一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法，包括第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金结合。2.根据权利要求1所述的方法，其中第一步中所述除锈处理是通过喷射砂浆使零件的表面除锈，所述喷射砂浆的磨料粒度为0.10.15mm，喷砂时间为1020分钟，喷砂后，再通过机械研磨实施精细抛光，随后在丙酮溶液中进行超声清洗，最后去离子水漂洗。3.根据权利要求1所述的方法，其中第二步中所述浸蚀处理是将除油、除锈后的零件放在盐酸和氢氟酸混合溶液中，室温浸蚀13分钟，再去离子水漂洗，其中所述盐酸和氢氟酸混合溶液以体积计算盐酸HC1占94%96%，氢氟酸冊占4%6%。4.根据权利要求1所述的方法，其中第三步中所述表面活化处理的处理温度为4060°C，时间为3040min，所述表面活化处理的活化液的配方为乙二醇C2H602600900ml/L2545g/L1030g/L2060g/L1035ml/L70230ml/L。5.根据权利要求1所述的方法，其中第四步中将所述零件放在气氛保护炉内经600700。C预热1020分钟。6.根据权利要求l所述的方法，其中第五步中将经预热的零件浸入镀液中15分钟，其中所述镀液主要由铝、硅、锌、稀土元素、微合金元素和纳米氧化物颗粒增强剂组成，所述微合金元素选自镁、铁、铜、锰、铬、锆中的一种或任意几种，所述纳米氧化物颗粒增强剂选自Ti02、Ce02中的一种或两种，各组成成份占镀液总质量百分比为硅含量824%，锌含量1.23.1%，稀土元素的含量0.020.5%，微合金元素的总含量0.025.0%，所述纳米氧化物颗粒增强剂的总含量12%，Al:余量。7.如权利要求6所述的方法，其中所述纳米氧化物颗粒增强剂的平均粒径为1560歷。8.如权利要求6所述的方法，其中其中所述微合金元素中各组成成份的具体加入量占总质量百分比为镁含量0.53.2%，铁含量0.051%，铜含量0.050.5%，锰含量1.02.0%，铬含量0.52.0%，锆含量0.020.5%。9.根据权利要求1所述的方法，其中第六步中将已浸镀的零件放入真空炉内50060(TC保温25小时，所述扩散层厚度为1030iim。10.—种表面制备了抗接触腐蚀涂层的钛合金零部件，所述零部件表面的涂层厚度为酸性氟化铵NH4HF2氯化镍NiCl2-6H20硼酸H3B03乳酸C3H603醋酸C2H402200300m，所述涂层中还包含使界面处原子扩散而在基体上形成的扩散层，通过所述扩散层实现涂层与基体的冶金结合，所述扩散层的厚度为1030iim，其中所述扩散层经过下述工艺过程形成第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金结全文摘要本发明涉及一种在钛合金表面制备抗接触腐蚀涂层的方法，包括第一步先将钛合金零件除油、除锈；第二步对钛合金零件进行浸蚀处理；第三步对钛合金零件进行表面活化处理；第四步将钛合金零件放在气氛保护炉内预热；第五步将经预热的钛合金零件浸入镀液中，浸没过程中对零件施以旋转；第六步将浸镀后的钛合金零件放入真空炉内进行扩散处理，使界面处原子扩散而在基体上形成扩散层从而在钛合金零件表面形成镀渗复合涂层，实现涂层与基体的冶金结合，采用本发明的方法处理过的零件，彻底解决了钛合金与铝合金和钢铁材料的接触腐蚀问题。文档编号C23C2/12GK101760716SQ20091026271公开日2010年6月30日申请日期2009年12月28日优先权日2009年12月28日发明者冯立新,张平则,张敏燕申请人:无锡麟龙铝业有限公司