一种表面强化钛合金的渗铁方法
【技术领域】 [0001] 本发明涉及一种合金的制备方法。
【背景技术】 [0002] 钛合金比强度高，是应用最广泛的空间结构材料。但其强度、硬度低， 耐磨性差，使这一优质材料的应用受到限制。尽管高强度钛合金开发方面已取得很大进展， 但其表面硬度和耐磨性还需进一步提高。化学热处理强化是提高材料表面硬度和耐磨性的 最有效手段。目前针对钛合金的化学热处理主要是渗碳或渗氮处理，但这两种方法获得的 渗层很薄且不均匀。因此需探索钛合金的化学热处理强化方法，从而更有效地提高其表面 硬度和耐磨性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种方法简单、能够提高钛合金表面的强度和 耐磨性的表面强化钛合金的渗铁方法。
[0004] 本发明的表面强化钛合金是一种表面有厚度为170~199微米含铁硬化合金层的 钛合金材料。
[0005] 上述表面强化钛合金的渗铁方法如下：
[0006] 1、原材料:渗铁源极材料为工业纯铁，被渗材料为Ti72Zrl7A17V4(原子比）钛合 金。
[0007] 2、渗镀处理：
[0008] 1)清洗等离子冶金炉内辅助阴极与作为渗铁源极的工业纯铁，该辅助阴极材料为 奥氏体不锈钢，将经过机械抛光并超声清洗的被渗钛合金装入等离子冶金炉，通过支架调 整源极与被渗钛合金之间的极间距为15-20_;抽真空，当真空室的真空度低于IPa时，充入 氩气到工作气压35-45Pa;开启与被渗钛合金相连的电源，对被渗钛合金施加200~300V电 压，清洁被渗钛合金表面使其活化便于活性原子吸附，5分钟后升至规定电压400-440V。
[0009] 2)打开源极电源，施加电压600~700V，轰击源极，并逐步施加电压到预定值850-950V〇
[0010] 3)渗镀2-4小时后，依次关闭源极电压、被渗钛合金电压、氩气及真空栗，抽到极限 真空度时关闭真空栗，冷却水保持2个小时候后取出被渗钛合金。
[0011] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0012] 1、渗镀后铁被渗钛合金中形成了金属间化合物强化相，使得渗后钛合金表面硬度 明显提高，由原来的460Hv左右增加到653Hv。
[0013] 2、渗镀后被渗钛合金摩擦系数明显降低;被渗钛合金耐磨性明显提高，1000g载荷 下磨损试验结果表明，渗镀后被渗金属磨损量降低66.67%。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明实施例1渗铁后被渗钛合金表面维氏硬度Hv的变化曲线图。
[0015] 图2是本发明实施例1渗铁钛合金和1000g下载荷原始钛合金的摩擦系数试验结果 图。
[0016] 具体的实施方式：
[0017] 实施例1
[0018] 清洗等离子冶金炉内辅助阴极与渗铁源极，该辅助阴极材料为奥氏体不锈钢，该 渗铁源极为工业纯铁。将经过机械抛光并超声清洗的钛合金(装入等离子冶金炉，通过支架 调整源极与钛锆合金之间的极间距为15mm。封闭真空室并开启机械栗抽真空，当真空室的 真空度低于IPa时，充入氩气至40Pa。开启与锆钛合金相连的电源，施加300V电压，对钛锆合 金表面实施预轰击，清洁钛锆合金表面，5分钟后电压升至430V左右。打开源极电源，施加电 压600V，轰击源极，并逐步施加电压至900V左右。渗镀4h后依次关闭源极电压、被渗钛合金 电压、氩气及真空栗，冷却水保持2个小时之后取出钛锆合金。经扫描电镜和能谱仪检测被 渗钛合金表面有厚度约为198.7μπι含铁高硬度层的钛合金。
[0019] 如图1所示，可以看出渗铁后被渗钛合金表面硬度明显提高，由原来的460Ην左右 增加到653Ην。从图2和表1给出的摩擦磨损试验结果看出，渗后合金的摩擦系数明显降低； 同时渗铁后被渗金属耐磨性明显提高，该实验条件下渗铁处理后材料的磨损量降低 66.67%。
[0020] 表1实施例1材料的磨损量(摩擦时间：15min)
[0021]
[0022] 实施例2
[0023] 清洗等离子冶金炉内辅助阴极与渗铁源极，该辅助阴极材料为奥氏体不锈钢，该 渗铁源极为工业纯铁。将经过机械抛光并超声清洗的被渗钛合金装入等离子冶金炉，通过 支架调整源极与锆钛合金之间的极间距为16mm。封闭真空室并开启机械栗抽真空，当真空 室的真空度低于IPa时，充入氩气至35Pa。开启与锆钛合金相连的电源，施加250V电压，对被 渗钛合金表面实施预轰击，清洁其合金表面，5分钟后电压升至400V左右。打开源极电源，施 加电压650V，轰击源极，并逐步施加电压至950V左右。渗镀4h后依次关闭源极电压、被渗钛 合金电压、氩气，抽到极限真空度时，关闭真空栗，冷却水保持2个小时之后取出被渗钛合 金。经扫描电镜和能谱仪检测被渗钛合金有厚度约为185.2μπι的含铁高硬度层的钛合金。 [0024] 实施例3
[0025]清洗等离子冶金炉内辅助阴极与渗铁源极，该辅助阴极材料为奥氏体不锈钢，该 渗铁源极为工业纯铁。将经过机械抛光并超声清洗的被渗钛合金装入等离子冶金炉，通过 支架调整源极与被渗合金之间的极间距为20mm。封闭真空室并开启机械栗抽真空，当真空 室的真空度低于IPa时，充入氩气至45Pa。开启与锆钛合金相连的电源，施加200V电压，对被 渗钛合金表面实施预轰击，清洁锆钛合金表面，5分钟后将电压升至440V左右。打开源极电 源，施加电压700V，轰击源极，并逐步施加电压至850V左右。渗镀3h后依次关闭源极电压、被 渗钛合金电压、氩气，抽到极限真空度时，关闭真空栗，冷却水保持2个小时之后取出被渗钛 合金。经扫描电镜和能谱仪检测被渗钛合金有厚度约为170.3μπι的含铁高硬度层的钛合金。
【主权项】
1. 一种表面强化钛合金，其特征在于：它是一种表面有厚度170~199含铁硬化合金层 的钛合金材料。2. 权利要求1的表面强化钛合金的渗铁方法，其特征在于： (1) 原材料:渗铁源极材料为工业纯铁，被渗材料为Ti72Zr17A17V4原子比钛合金； (2) 渗镀处理： ① 清洗等离子冶金炉内辅助阴极与作为渗铁源极的工业纯铁，该辅助阴极材料为奥氏 体不锈钢，将经过机械抛光并超声清洗的被渗钛合金装入等离子冶金炉，通过支架调整源 极与被渗钛合金之间的极间距为15-20_;抽真空，当真空室的真空度低于IPa时，充入氩气 到工作气压35-45Pa;开启与被渗钛合金相连的电源，对被渗钛合金施加200~300V电压，清 洁被渗钛合金表面使其活化便于活性原子吸附，5分钟后升至规定电压400-440V; ② 打开源极电源，施加电压600~700V，轰击源极，并逐步施加电压到预定值850-950V; ③ 渗镀2-4小时后，依次关闭源极电压、被渗钛合金电压、氩气及真空栗，抽到极限真空 度时关闭真空栗，冷却水保持2个小时候后取出被渗钛合金。
【专利摘要】一种表面强化钛合金，它是一种表面有厚度170-199微米含铁硬化合金层的钛合金；上述表面强化钛合金的渗铁方法主要是渗铁源极材料为工业纯铁，辅助阴极材料为奥氏体不锈钢材料，被渗材料为Ti72Zr17Al7V4钛合金，将经过机械抛光并超声清洗的被渗钛合金装入等离子冶金炉，抽真空后，充入氩气到工作气压35-45Pa，开启与被渗钛合金相连的电源，施加200～300V电压，对金属锆表面实施预轰击，5分钟后升至电压400-440V；打开源极电源，施加电压，轰击源极，并逐步施加电压到850-950V；渗镀2-4小时。本发明获得的金属锆表面硬度明显提高，由原来的460Hv左右增加到650Hv左右；同时渗镀后被渗合金的摩擦系数明显降低，磨损率降低66.67％。
【IPC分类】C23C10/08
【公开号】CN105483610
【申请号】CN201510848233
【发明人】刘日平, 景勤, 董泽, 蔺汉龙
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月27日