一种钛镍合金渗铝方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料化学领域，具体涉及一种钛镍合金渗铝方法。
【背景技术】
[0002]TiNi形状记忆合金具有优异的形状记忆效应、超弹性和良好的机械性能，在生物医学、机械、电子和日常生活中都有广泛的应用。TiNi形状记忆合金具有较好的热加工性能，可以进行热锻、热挤压、热轧等工艺过程，来获得各种规格的板、带、丝等以满足各种用途的需要，TiNi合金的热加工温度为700-850°C。TiNi合金也可以进行冷轧或冷拔变形，但是每变形10%就需要进行700-850°C的退火处理以消除冷变形时产生的加工硬化。因此无论是TiNi合金进行热加工还是冷变形时都不可避免在加热时与氧发生氧化反应。氧对TiNi合金具有很大影响，不仅使TiNi合金的相变温度降低，更严重的是降低其记忆性能和恶化材料的力学性能，影响材料的正常使用。
[0003]渗铝是一种或多种金属原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，加热到一定温度，保持适当时间后，渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。与渗非金属相比，金属元素的原子半径大，不易渗入，渗层浅，一般须在较高温度下进行扩散。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。
[0004]钢铁和镇基、钻基等合金渗销后，能提尚抗尚温氧化能力，提尚在硫化氣、含硫和氧化钒的高温燃气介质中的抗腐蚀能力。为了改善铜合金和钛合金的表面性能，有时也采用渗铝工艺。
[0005]渗铝的方法很多。冶金工业中主要采用热浸、静电喷涂或电泳沉积后再进行热扩散的方法，大量生产渗铝钢板、钢管、钢丝等。静电喷涂或电泳沉积后，必须经过压延或小变形量轧制，使附着的铝层密实后再进行扩散退火。热浸铝可用纯铝浴，但更普遍的是在铝浴中加入少量锌、钼、锰、硅，温度一般维持在670°C左右，时间是10?25分钟。机械工业中应用最广的是粉末装箱法，渗剂主要由铝铁合金(或纯铝、氧化铝)填料和氯化铵催化剂组成。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于提供一种钛镍合金渗铝方法，提高钛镍合金的抗高温抗氧化能力，提高耐腐蚀能力。
[0007]本发明提供一种钛镍合金渗铝方法，包括以下步骤:
[0008]切割TiNi合金基材，打磨所述TiNi合金基材表面，除去表面氧化层，然后置于有机溶剂中超声清洗，去除表面油污，烘干，作为试样待用；
[0009]配制渗铝剂；
[0010]在钢罐中铺一层所述新配渗铝剂，捣实，再在所述新配渗铝剂上平铺一层试样，所述新配渗铝剂与试样间隔铺实，直至填满钢罐2/3，接着用回收的渗铝剂填充钢罐至具钢罐口 5_处，铺耐火棉填充至罐口，加盖拧紧，用铁丝捆绑结实，竖直放置；
[0011]将封装好的钢罐竖直放入坩祸炉，加热渗铝，得到渗铝后的钛镍合金。
[0012]进一步的，所述加热渗铝为600-800°C，随炉保温5小时，随炉冷却。
[0013]进一步的，所述渗铝剂包括Al、Al2O3和NH4Cl,质量比为15:4:1。
[0014]进一步的，所述打磨TiNi合金表面为用400-800#砂纸打磨。
[0015]进一步的，所述置于有机溶剂中超声清洗时间为5-10min，超声频率100Hz，所述有机溶剂包括无水乙醇和丙酮。
[0016]进一步的，所述坩祸炉为气氛保护炉或真空炉。
[0017]本发明的有益效果在于:本发明的钛镍合金渗铝方法，通过固体粉末法对TiNi合金进行渗铝处理，设备简单，容易操作，可显著提高TiNi合金的抗氧化能力，使TiNi合金在热加工或退火中不与氧发生反应，这对保证合金的各种性能都是很有必要的。
【附图说明】
[0018]图1所示为本发明钛镍合金渗铝方法的实施例渗铝TiNi合金的X衍射曲线；
[0019]图2所示为本发明实施例渗铝TiNi合金渗铝层截面的显微组织及相应的能谱线扫描图；
[0020]图3所示为本发明实施例TiNi合金基材氧化层横截面显微组织及相应的能谱线扫描图；
[0021]图4所示为本发明实施例TiNi合金基材氧化后的氧化层的X射线衍射图；
[0022]图5所示为本发明实施例渗铝TiNi合金恒温氧化后的截面显微组织及相应的能谱线扫描图；
[0023]图6所示为本发明实施例渗铝TiNi合金恒温氧化后的X射线衍射图；
[0024]图7所示为本发明实施例渗铝TiNi合金渗铝前后的恒温氧化动力学曲线。
【具体实施方式】
[0025]下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0026]基材预处理:本实验所用基材为TiNi 二元合金，用砂轮机打磨表面的氧化膜直至露出金属光泽，然后用电火花线切割加工成8_X8_X 2.2_的小试样。线切割后表面有不同程度的切痕，会对渗铝产生不可忽视的影响，所以用800号水砂纸磨平试样表面，然后在丙酮(或无水乙醇)中用10Hz超声波清洗试样表面油污，时间lOmin，烘干待用试样。
[0027]配置渗铝剂:将纯铝粉、Al2O3粉和NH4Cl粉按质量比15:4:1配比，混合均匀配制渗铝剂，每次试验后的渗铝剂可以重复利用。下次使用时可以铺在容器的底部或容器顶部。
[0028]渗铝钢罐的封装:先在钢罐的底部铺上合适厚度的新配渗铝剂，用工具将渗铝剂捣实，然后平铺一层试样，接着重复上述步骤，将渗铝剂与试样采用层层相间叠放的次序进行放置。待新配置的渗铝剂和待渗TiNi合金全部填充至罐中大约罐深2/3处，剩余1/3高度用上次剩下的渗铝剂填充直到距罐口 5mm处，这既有利于改善渗铝的的效果又可以回收利用，节约药品，最上一层铺上耐火棉约5mm，然后加盖拧紧，最后用铁丝捆绑结实，竖直放置。
[0029]加热渗铝:把铁罐竖直放入坩祸炉或电阻炉中，(炉子可以有气氛保护或真空，没有也可以)加热坩祸炉至700°C (—般温度在600-800°C范围内即可)时开始计时，保温5小时后，随炉冷却，取出铁罐。最上一层二次利用的渗铝剂已经完全烧结成坚硬的物质，新配置渗铝剂依然是粉末状态。取出试样，用肉眼即可观察到试样表面由原来光泽的金属色泽变为粗糙的银白色，用超声波清洗试样表面，去除附着的渗剂。
[0030]图1所示为本发明钛镍合金渗铝方法的实施例渗铝TiNi合金的X衍射曲线。研宄表明TiNi合金渗Al后渗铝层由TiAlJP Ni 2A13两相组成。
[0031]图2所示为本发明实施例渗铝TiNi合金渗铝层截面的显微组织及相应的能谱线扫描图。由该图可以看出，渗铝层厚度约为100微米，从试样外层由外向内，渗铝层分为明显的两层，结合能谱线扫描可知，I层为TiAl3层，II层为Ni 2A13层。
[0032]图3所示为本发明实施例TiNi合金基材氧化层横截面显微组织及相应的能谱线扫描图；图4所示为本发明实施例TiNi合金基材氧化后的氧化层的X射线衍射图。由X射线图可知TiNi合金氧化后氧化层与基体间存在一过渡层，氧化层也从外向内分为两层，其中外层较致密，内层较疏松。由能谱线扫描曲线可知Ti元素在氧化层中的外层含量相对内层较高，而Ni元素在内层中的含量比外层高，所以外层主要是Ti与O形成的氧化物，内层是Ni与O形成的氧化物。由图4的X射线衍射图知氧化层主要由1102和NiT1 3相组成。
[0033]图5所示为本发明实施例渗铝TiNi合金恒温氧化后的截面显微组织及相应的能谱线扫描图。在氧化时间和氧化温度都相同的条件下，渗铝处理的TiNi合金的氧化层较未渗铝的TiNi合金薄很多，约为未渗铝的1/4厚，且氧化膜比较致密。
[0034]图6所示为本发明实施例渗铝TiNi合金恒温氧化后的X射线衍射图。由该图知渗铝处理的TiNi合金氧化层由Al2O3和T1 2相组成。
[0035]图7所示为本发明实施例渗铝TiNi合金渗铝前后的恒温氧化动力学曲线。该图表明渗铝处理显著提高了 TiNi合金的高温氧化性能，渗铝处理的TiNi合金的抗氧化能力比未渗铝的TiNi合金提高了近2倍。
[0036]本发明的钛镍合金渗铝方法，通过固体粉末法对TiNi合金进行渗铝处理，设备简单，容易操作，可显著提高TiNi合金的抗氧化能力，使TiNi合金在热加工或退火中不与氧发生反应，这对保证合金的各种性能都是很有必要的。
[0037]本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【主权项】
1.一种钛镍合金渗铝方法，其特征在于，包括以下步骤: 切割TiNi合金基材，打磨所述TiNi合金基材表面，除去表面氧化层，然后置于有机溶剂中超声清洗，去除表面油污，烘干，作为试样待用； 配制渗铝剂； 在钢罐中铺一层所述新配渗铝剂，捣实，再在所述新配渗铝剂上平铺一层试样，所述新配渗铝剂与试样间隔铺实，直至填满钢罐2/3，接着用回收的渗铝剂填充钢罐至具钢罐口5mm处，铺耐火棉填充至罐口，加盖拧紧，用铁丝捆绑结实，竖直放置； 将封装好的钢罐竖直放入坩祸炉，加热渗铝，得到渗铝后的钛镍合金。
2.如权利要求1所述的钛镍合金渗铝方法，其特征在于，所述加热渗铝为600-800°C，随炉保温5小时，随炉冷却。
3.如权利要求1或2任一项所述的钛镍合金渗铝方法，其特征在于，所述渗铝剂包括Al、Al2O3和 NH4Cl,质量比为 15:4:1。
4.如权利要求3所述的钛镍合金渗铝方法，其特征在于，所述打磨TiNi合金表面为用400-800#砂纸打磨。
5.如权利要求1、2或4任一项所述的钛镍合金渗铝方法，其特征在于，所述置于有机溶液中超声清洗时间为5-10min，超声频率100Hz，有机溶剂包括无水乙醇和丙酮。
6.如权利要求5所述的钛镍合金渗铝方法，其特征在于，所述坩祸炉为气氛保护炉或真空炉。
【专利摘要】本发明公开了一种钛镍合金渗铝方法，包括以下步骤：切割TiNi合金基材，打磨合金基材表面，除去氧化层，然后置于有机溶剂中超声清洗，去除表面油污，烘干作为试样待用；配制渗铝剂；在钢罐中铺一层新配渗铝剂捣实，再在新配渗铝剂上平铺一层试样，新配渗铝剂与试样间隔铺实，直至填满钢罐2/3，用回收的渗铝剂填充钢罐至具钢罐口5mm处，铺耐火棉填充至罐口，加盖拧紧用铁丝捆绑结实，竖直放置；将封装好的钢罐竖直放入坩埚炉，加热渗铝，得到渗铝后的钛镍合金。本发明的钛镍合金渗铝方法，通过固体粉末法对TiNi合金进行渗铝处理，设备简单，容易操作，可显著提高TiNi合金的抗氧化能力，使TiNi合金在热加工或退火中不与氧发生反应，保证合金的各种性能。
【IPC分类】C23C10-48
【公开号】CN104862645
【申请号】CN201510236399
【发明人】徐家文, 刘爱莲, 王永东, 孙俭峰, 周月波
【申请人】黑龙江科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月11日