一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及其制备方法

本发明涉及金属材料表面处理，具体而言，涉及一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及制备方法。

背景技术：

1、焊接是钛合金制造较为常用的基础工艺，海洋、化工和航天领域的一些关键的钛合金零部件均是通过焊接技术进行连接和制造的。但是，钛合金在焊接过程中易出现夹杂、气孔、组织不均匀等缺陷，而焊接过程中出现的这些缺陷将严重影响焊接接头的性能以及使用寿命，通过适当的焊后处理可以在一定程度上显著提高焊缝质量。焊后处理主要包括两大类：(1)焊后热处理：热处理是通过对焊接后的工件施加退火、回火和时效处理等措施来降低工件的残余应力，改善工件焊后的组织从而达到改善母材、焊接接头力学性能的目的；热处理可提高部分钛合金焊缝的塑性、断裂韧性、疲劳强度以及释放焊缝金属中的有害气体，尤其是氢气，防止裂纹的产生。(2)机械处理：机械处理是通过冲击，碾压等机械手段来消除或减弱焊接接头的残余应力、提高钛合金抗拉强度、塑性及疲劳寿命等力学性能，目前比较常见的机械手段有表面喷丸、表面机械碾压、超声冲击、激光冲击等。

2、钛合金焊接接头的热处理工艺已经相对完善，然而钛合金易氧化，单纯的热处理手段对钛合金焊接接头性能的提升有限，且研究表明很难通过单纯的热处理改善钛合金接头的韧性，因此对钛合金接头的强化需在加热同时辅以冲击或挤压形变，即热-机械处理，但这带来了成本和效率问题。

3、不同的机械强化工艺各有优势，但也存在局限，如机械碾压不能用于处理精密或者形状复杂的器件；喷丸处理很难处理大型器件；超声处理价格昂贵，并且可能会对表面造成一定的影响等。因此机械处理存在一定的适用性问题。

4、对α型钛合金而言，其硬度低、强度差、在实际应用中耐磨性差。且α型钛合金不适合使用热处理的方式对钛合金焊接接头进行强化，而机械强化存在局限。

5、鉴于此，有必要提供一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及制备方法。

2、本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

3、本发明提供一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其包括：钛合金零件基体以及钛合金零件基体表面生长的具有纳米双相结构的ticuni涂层。

4、本发明还提供一种上述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件的制备方法，其包括：ticuni为靶材，以钛合金焊接接头作为沉积基板，采用磁控溅射技术在基板上沉积具有纳米双相结构的ticuni涂层。

5、本发明具有以下有益效果：

6、本发明提供的一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及制备方法。其包括：以钛合金焊接接头作为沉积基板，ticuni为靶材，采用磁控溅射技术在基板上沉积具有纳米双相结构的ticuni涂层，通过上述的表面镀膜的方式，结合纳米双相结构涂层材料，提升钛合金焊接接头综合力学性能。

技术特征：

1.一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其特征在于，其包括：钛合金零件基体以及所述钛合金基体零件表面的具有纳米双相结构的ticuni涂层。

2.根据权利要求1所述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其特征在于，所述钛合金零件基体表面具有非晶-纳米晶双相结构的ticuni涂层，且所述ticuni涂层整体表现为原子无序排列，局部分布有尺寸为8-10nm的原子规整排列的纳米晶。

3.根据权利要求2所述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其特征在于，所述具有纳米双相结构的ticuni涂层内含有体积分数为20％-50％的纳米晶。

4.根据权利要求1所述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其特征在于，所述钛合金零件基体为钛合金焊接接头；

5.根据权利要求1所述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件，其特征在于，所述钛合金基体零件表面的具有纳米双相结构的ticuni涂层的厚度为800nm-3um。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的具有纳米双相结构涂层的钛合金零件的制备方法，其特征在于，其包括：以ticuni为靶材，钛合金焊接接头作为沉积基板，采用磁控溅射技术在基板上沉积具有纳米双相结构的ticuni涂层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，沉积所用的靶材为纯度为99.99％，原子组成百分比为：ti 50％，cu 40-43％和ni 7-10％的熔炼ticuni靶材。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，具有纳米双相结构的ticuni涂层的生长温度为200-225℃。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，沉积所用的溅射电源为直流电源，溅射功率为80-120w，溅射气压为3-6mtorr，衬底旋转速度为10-20rpm，靶基距为100-120mm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在沉积前，对基板进行以下步骤的清洗处理：

技术总结
本发明公开了一种具有纳米双相结构涂层的钛合金零件及制备方法，属于金属材料表面处理技术领域。其包括：以TiCuNi为靶材，钛合金焊接接头作为沉积基板，基板进行清洗后，采用直流(DC)电源为溅射电源，溅射功率为80‑120W，溅射气压为3‑6mTorr，生长温度为200‑225℃，衬底旋转速度为10‑20rpm，靶基距为100‑120mm，在基板上沉积具有纳米双相结构的TiCuNi钛合金涂层，该方法能够明显提高钛合金焊接接头表面硬度、耐磨性能及抗疲劳性能，从而满足α型钛合金广泛的应用需求。

技术研发人员：王海燕,秦彬皓,张宇鹏
受保护的技术使用者：广东省科学院中乌焊接研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13