一种钛合金的表面强化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钛合金的表面强化处理，具体涉及一种通过表面渗氧提高钛合金的表面硬度及耐磨性的强化处理方法。
【背景技术】
[0002]钛合金因具有比重小、比强度高、耐蚀性优异以及优良的生物相容性等一系列优异的性能而在航空航天等国防工业以及石油化工等民用工业中得到广泛应用。但是由于其硬度低，表面不耐磨，从而限制了其更为广泛的应用。
[0003]渗氧处理是提高钛合金表面硬度，进而提高其耐磨性的一种强化方法。例如，中国发明专利申请CN104099641A公开了一种钛合金渗氧方法，包括:1)，生产含氧化钛的炭阳极；2)、将焙烧好的含氧化钛炭阳极安装在铝电解槽上，直接进行电解生产铝钛合金。该方法对钛合金进行α硬化处理，其表面显微硬度HV彡500kg/mm2, α硬化层深度d = 0.035?
0.100mm，提高相对耐磨性达100倍，有效地提高了钛合金件的使用寿命。中国发明专利“一种钛合金渗氧表面强化处理方法”(授权公告号:CN102400086B)，将钛合金材料置于经过处理的介质中，在大气气氛下，普通空气炉中加热至700?850°C，保温30?6000min ;利用该方法在钛合金试件表面形成氧固溶硬化层，所述氧固溶硬化层的深度为80?120 μ m ;所述介质为Zr02粉末。中国发明专利“一种钛合金渗氧一扩散固溶复合表面强化处理方法”(授权公告号:CN1314827C)，公开了一种钛合金表面强化处理方法，具体方法为:(1)将钛合金材料置于经过酸洗净化处理的18031203、5102、(:粉等介质中，粒度在360目?10目之间。在大气气氛下的普通空气炉中加热750?850°C，保温30min?600min ； (2)然后将处理的试件置于封闭装置中，在800?900°C的温度下，保温10?50h。然后得到所需要的钛合金试样。中国发明专利“一种钛合金渗氧的方法”(授权公告号:CN1146673C)，将钛合金件埋在经过处理的介质中，放在普通空气加热炉内，在700?850°C的温度下，保温2?14小时，然后通过加工方法，去掉钛合金表面的氧化膜，用该方法对钛合金进行α硬化处理。
[0004]上述方法工艺比较复杂，处理过程中会在表面形成氧化膜，需要进行去除氧化膜的加工过程，导致整个过程工业化实施难度大。因此，需要寻求一种新的更为简单、易行的渗氧处理办法。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的是提供一种钛合金的表面强化处理方法，对钛合金进行表面无膜渗氧强化，从而可以更显著延长钛合金的使用寿命，使其得到更大的应用价值。
[0006]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种钛合金的表面强化处理方法，具体步骤如下:
(1)将待处理的钛合金试件放置在一端开口的玻璃管中；
(2)在所述玻璃管中同时放入氯酸钾和Μη02;
(3)先对所述玻璃管进行抽真空处理，再通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将所述玻璃管的开口端封闭，真空度< 130Pa ;
(4)将步骤(3)处理后的所述玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行抽真空处理，然后通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；
(5)对所述加热炉进行加热升温，升温到900?910°C并进行保温，然后随炉冷却；
(6)冷却后将所述玻璃管击碎，取出即得到所需要的钛合金试件。
[0007]上述技术方案中，步骤(5)中，加热升温时的升温速率控制在3?10°C /min。
[0008]步骤(5)中，保温的时间为150?180min。
[0009]步骤(2)中，将玻璃管开口端封闭的方法为，采用酒精灯直接对所述玻璃管管口进行加热，使其软化形成封闭。
[0010]优选的技术方案，步骤(2)中所述的氯酸钾和所述的Μη02的摩尔比为4?0.25。
[0011]氯酸钾和二氧化锰用于生成氧气，通常，钛合金试样和生成的氧气的质量比控制在6?60。
[0012]上述技术方案中，步骤(1)中所述玻璃管是S1jlj成的玻璃管。
[0013]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1、现有技术中先氧化或加热，再进行渗氧，会在表面形成氧化膜，本发明直接使用玻璃管进行封闭处理后，一步加热进行渗氧，可以实现表面无氧化膜渗氧，消除氧化膜带来的不利影响，不影响试件的表面光亮；同时，该方法可处理复杂形状的零件；硬化效果好、均匀，且可以控制，大大延长了零件的使用寿命。
[0014]2、利用本发明方法可对钛合金试件表面进行氧的固溶硬化处理，以此提高钛合金表面的显微硬度，达到强化的目的。用本发明方法可实现合金表层的硬度达到HV700~900，氧的固溶硬化深度为40?300 μ m。
[0015]3、本发明采用石英玻璃管进行加热封闭，不需要焊接密闭的容器，操作容易、成本低。
[0016]4、由于采用封闭玻璃管加热渗氧，可以对航空航天、导弹、汽车、石油化工等领域使用的各种不同形状及复杂形状的钛合金零部件实行整体、均匀、一体强化处理。
【附图说明】
[0017]图1为实施例中的使用的加热炉结构示意图。
[0018]其中:1、加热炉；2、钛合金试样；3、玻璃管；4、氯酸钾和二氧化锰；5、阀门。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:参见图1所示，为本发明进行钛合金渗氧强化处理用的玻璃管及其加热炉的结构示意图。其中，玻璃管3放置在加热炉1中，玻璃管内分别放有钛合金试样2，以及氯酸钾和二氧化锰4，加热炉1上设有抽气口，抽气口上设有阀门5。
[0020]对钛合金材料进行表面强化处理，方法如下:
(1)将钛合金材料真空玻璃管中，优选的，玻璃管选用Si02制成的玻璃管；
(2)在玻璃管中另外一端同时放入氯酸钾化学纯物质和胞02化学纯催化剂；优选的，氯酸钾化学纯物质和胞02化学纯催化剂的比例为，摩尔比4:1，钛合金的质量与氧气的质量比控制在55.56。
[0021](3)将真空管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式，采取酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。
[0022](4)将玻璃管放置在密闭的加热炉中，加热炉也进行抽真空，并通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭。
[0023](5)对加热炉进行加热，升温速率控制在3°C /min,