一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理技术领域，涉及到钛及钛合金的表面改性强化，特别涉及到钛及钛合金表面局部渗氧强化的方法。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金具密度低、耐蚀性好、比强度高等优点，在航空航天、化工、生物医学等领域得到广泛的应用。然而钛及钛合金表面硬度低、摩擦系数高，抗摩擦和磨损性能差，特别是对微动磨损十分敏感；在摩擦作用下，机械零件容易发热胶着、咬死和高温氧化，导致塑性和强度下降，严重限制了其应用范围。最近几年出现的钛合金表面渗氧技术能有效的提高钛合金的表面强度，扩大其应用范围。OD-TO是最常用的渗氧技术，该技术是在TO技术的基础上发展起来的:首先将钛合金在空气中进行高温热氧化获得氧化膜，随后在真空中进行热扩散处理，获得渗氧层。该技术需要在真空条件进行，而且两次高温处理，工艺相对复杂，成本较高。在此基础上形成的中国发明专利CN1363713A，存在氧化膜开裂(易造成渗氧不均)、渗层浅、需辅助机械处理等不足。
[0003]俄罗斯在解决了钛合金衬巷、销子、销轴等航空航天件耐磨性差的问题时采用了包埋渗氧法:将钛合金零件埋在砂箱或石墨箱中，以阻碍空气中的氧在加热过程中到达零件表面，并能排除疏松氧化皮的形成，获得较好的渗氧层。这种方法需要包埋剂及相应的密封箱体，不但增加了成本，也限制了工艺的应用范围。在此基础上形成的中国专利CN1632158A，虽然增加了渗层深度，但需要采用高温合金制造的专门密封扩散设备，成本高、技术难度大。
[0004]另外，与其他表面处理工艺相同，渗氧技术在提高零部件耐磨、减磨性能的同时不可避免的降低了零部件的力学性能(特别是塑性、疲劳性能等)。然而，钛合金零部件在实际的使用过程中，只要求提高局部的耐磨、减磨性能。因此，实现对钛合金部件局部渗氧强化对保持钛合金部件力学性能的同时提高其耐磨、减磨性能有特别的意义。上述的钛合金表面渗氧方法均针对钛合金部件整体处理，不能对钛合金部件的局部或指定部位进行强化处理。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是钛及钛合金表面，特别是钛合金部件局部硬度低、摩擦系数大引起的耐磨性能差，以及常规渗氧技术存在工艺复杂、不能实现局部强化等问题，提供一种适合处理各种规格钛合金部件且可对其任意部位进行局部渗氧强化处理，获得均匀的深层渗氧层的简易方法。
[0006]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
[0007]一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，包括如下步骤:
[0008]步骤I)钛及钛合金部件进行脱脂、除油处理并清洗、干燥；
[0009]步骤2)在步骤I)处理后的部件上，将不需要渗氧强化的部位刷涂防水胶，并干燥；
[0010]步骤3)将经过步骤2)处理的部件进行酸洗活化处理，并吹干待用；
[0011]步骤4)对经过步骤3)处理的部件进行局部阳极氧化处理，并清洗、吹干；
[0012]步骤5)在真空条件下，对经过阳极氧化的钛合金部件进行固溶扩散处理。
[0013]为进一步提尚渗氧层厚度和综合性能；
[0014]步骤I)中的除油脱脂，采用有机溶剂脱脂、化学脱脂或电化学脱脂，采用化学脱脂的工艺为:采用20?30g/L的NaOH或肥皂溶液，在70?90°C下浸泡10?30min ;然后，水冲洗、烘干或吹干。上述步骤2)中的防水胶为市售胶水，PS胶水，PC胶水，PA胶水，PP胶水，PE胶水，橡胶胶水，聚氨酯胶水；刷涂后，待表面干燥即可进行下一步工序的操作，无需等待完全固化。
[0015]上述步骤3)中的酸洗工艺为:在30?40%的HN03、3?7%的HF余量为水的溶液中，浸泡30?120s，浸泡温度为10?40°C。
[0016]上述步骤4)所说阳极氧化可采用碱或酸性体系的电解液，偏铝酸钠和氢氧化钠体系、憐fe和硫fe体系。
[0017]上述步骤5)中采用普通真空热处理炉，在750?950°C下，保温处理4?24小时。
[0018]本发明的优点是:
[0019]1、本方法可对钛合金部件的局部或指定部位进行渗氧处理，大大降低了渗氧工艺对钛合金部件力学性能的影响。
[0020]2、本方法工艺简单，渗层质量可控性强，渗氧层均匀、平整、光洁度好。
[0021]3、能够获得高硬度的渗氧改性层，最高表面硬度可达SOOHv以上，解决钛及钛合金表面硬度低、耐磨性不足的缺陷。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]步骤I)采用50 X 100 X 4mm的TA2板材，在有机溶剂丙酮中，超声波清洗，脱脂处理，吹干；
[0024]步骤2)采用市售聚氨酯胶水，刷涂钛合金板材的一面和各个棱角，仅裸露出50 X 10Omm 一个渗氧面，并瞭干；
[0025]步骤3)在40 %的順03和3 %的HF组成的溶液中，25°C的条件下，将经过步骤I)处理的钛合金部件浸泡30?120s，并水洗、吹干；
[0026]步骤4)在Na0H10g/L、NaA1026g/L的电解液中，电流密度40mA/cm2，恒流氧化60min，获得40微米厚的氧化膜；
[0027]步骤5)采用普通真空炉，在950°C下，对经过阳极氧化的钛合金部件进行固溶扩散处理，处理4小时。获得单面(50 X 100mm)渗氧强化的TA2板。
[0028]实施例2
[0029]步骤I)采用 50 X 100 X 4mm 的 TC4 板材，Na0H50g/L，、温度 85°C 以上，处理 15min
左右，除去表面油污。
[0030]步骤2)采用市售PA胶水，刷涂钛合金板材的一面和各个棱角，仅裸露出50 X 10Omm 一个渗氧面，并瞭干；[0031 ] 步骤3)在30 %的圆03和4 %的HF组成的溶液中，25°C的条件下，将经过步骤I)处理的钛合金部件浸泡120s，并水洗、吹干；
[0032]步骤4)在硫酸(H2SO4) 120ml/L、磷酸(H3PO4) 240ml/L、盐酸(HCl) 50ml/L、磷酸钠(Na3PO4)的电解液中，60°C，恒压(70V)氧化50min，获得20微米厚氧化膜；
[0033]步骤5)采用普通真空炉，在750°C下，对经过阳极氧化的钛合金部件进行固溶扩散处理处理24小时。获得单面(50X 100mm)渗氧强化的TC4板。
【主权项】
1.一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 包括如下步骤: 步骤I)钛及钛合金部件进行脱脂、除油处理并清洗、干燥； 步骤2)在步骤I)处理后的部件上，将不需要渗氧强化的部位刷涂防水胶，并干燥； 步骤3)将经过步骤2)处理的部件进行酸洗活化处理，并吹干待用； 步骤4)对经过步骤3)处理的部件进行局部阳极氧化处理，并清洗、吹干； 步骤5)在真空条件下，对经过阳极氧化的钛合金部件进行固溶扩散处理。2.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 为进一步提尚渗氧层厚度和综合性能； 步骤I)中的除油脱脂，采用有机溶剂脱脂、化学脱脂或电化学脱脂，采用化学脱脂的工艺为:采用20?30g/L的NaOH或肥皂溶液，在70?90°C下浸泡10?30min ;然后，水冲洗、烘干或吹干。3.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 上述步骤2)中的防水胶为市售胶水，PS胶水，PC胶水，PA胶水，PP胶水，PE胶水，橡胶胶水，聚氨酯胶水；刷涂后，待表面干燥即可进行下一步工序的操作，无需等待完全固化。4.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 上述步骤3)中的酸洗工艺为:在30?40%的順03、3?7%的HF余量为水的溶液中，浸泡30?120s，浸泡温度为10?40°C。5.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 上述步骤4)所说阳极氧化可采用碱或酸性体系的电解液，偏铝酸钠和氢氧化钠体系、磷酸和硫酸体系。6.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，其特征在于: 上述步骤5)中采用普通真空热处理炉，在750?950°C下，保温处理4?24小时。
【专利摘要】本发明公开一种钛及钛合金部件表面局部渗氧的方法，包括如下步骤：步骤1)钛及钛合金部件进行脱脂、除油处理并清洗、干燥；步骤2)在步骤1)处理后的部件上，将不需要渗氧强化的部位刷涂防水胶，并干燥；步骤3)将经过步骤2)处理的部件进行酸洗活化处理，并吹干待用；步骤4)对经过步骤3)处理的部件进行局部阳极氧化处理，并清洗、吹干；步骤5)在真空条件下，对经过阳极氧化的钛合金部件进行固溶扩散处理。本方法可对钛合金部件的局部或指定部位进行渗氧处理，大大降低了对钛合金部件力学性能的影响。本方法渗层质量可控性强，渗氧层均匀、平整、光洁度好。表面硬度达800Hv以上，解决钛合金表面硬度低、耐磨性不足的缺陷。
【IPC分类】C22F1/18, C25D11/26
【公开号】CN105112979
【申请号】CN201510582723
【发明人】王小辉, 周杰, 王永伟, 高岭昕
【申请人】沈阳泰恒通用技术有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月14日