专利名称：一种钛合金渗氧表面强化处理方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面处理方法，具体涉及一种钛合金渗氧表面强化处理方法。
背景技术：
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民用工业中得到广泛应用。但是由于其硬度低，导致在应用过程中一个最大障碍就是表面耐磨性能问题。零部件的易磨损导致产品的使用成本大大增加。此外，由于钛合金不耐磨损，使其在使用过程中的磨损加剧，从而严重影响整个飞行器或机车的安全可靠性能。渗氧处理是提高钛合金表面硬度的一种方法，如中国发明专利申请CN1363713A 公开了一种钛合金渗氧的方法，其采用砂子或碳粉为介质，在70(T85(TC下保温2 14小时， 然后去掉钛合金表面的氧化膜，露出α相硬化层。然而，上述方法处理表面存在氧化膜发脆易脱落的问题，需辅以机械方法除去，并且硬化层浅。中国发明专利申请CN1632158A公开了一种钛合金表面渗氧-扩散固溶复合强化处理方法，其采用的介质为MgO、A1203、SiO2 或碳粉，其方法为在大气下先预氧化，然后在密闭的容器中进行扩散渗氧，从而实现固溶强化。然而，上述方法需要采用封闭装置，该封闭装置需采用高温合金制作，封口采用激光焊接或其它的焊接手段进行焊接，因而存在封口困难和处理完毕重新开口的问题，操作不便。因此，开发一种易于操作的钛合金表面处理方法，以提高钛合金的表面硬度，具有积极的现实意义。
发明内容
本发明目的是提供一种钛合金渗氧表面强化处理方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种钛合金渗氧表面强化处理方法， 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70(T85(TC，保温3(T6000 min ；利用该方法在钛合金材料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^O2粉末。本发明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。所述将钛合金材料置于经过处理的介质中，是指将拟处理的钛合金使用^O2粉末包覆起来，然后置于密闭的耐高温罐子中，罐子可以是金属，也可以是非金属的，如耐高温的金属制作的罐子、陶瓷罐，石墨罐。上述技术方案中，所述经过处理的介质为中性。上述技术方案中，所述&02粉末介质的粒度为36(Γ10目。上述技术方案中，所述介质经过酸洗净化处理。
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.本发明的表面处理方法简单，只要一步即可实现钛合金的表面强化，实现了钛合金表层的硬度达到HV780以上，且氧的固溶硬化深度可以达到100 ym，取得了显著的效果。2.本发明的方法可以对钛合金材料进行整体、均勻、一体强化处理处理，只需要重新制作一个体积较大的容器即可，因而可以应用于航空航天、导弹、汽车等领域使用的形状各式各样、形状复杂的钛合金零部件。3.本发明的方法可对钛合金试件表面进行渗氧强化处理，以此提高钛合金表面的显微硬度，达到强化的目的；其硬化效果好、均勻，渗层深度大、且可以控制，大大延长了零件的使用寿命。4.本发明的处理方法易于操作，在钛合金表面渗氧强化时，其表面颜色会发生改变；且不需要使用真空室等复杂的设备，成本低，具有很大的经济效益。
图1为本发明实施例一中钛合金的渗氧强化层的截面图2为本发明实施例一中钛合金的渗氧强化层及其截面处Ti、0元素的分布图； 图3为本发明实施例二中钛合金的渗氧强化层的截面图； 图4为本发明实施例二中钛合金的渗氧强化层及其截面处Ti、0元素的分布图； 图5为本发明实施例一中钛合金的渗氧强化层的硬度分布曲线图； 图6为本发明实施例二中钛合金的渗氧强化层的硬度分布曲线图； 图7为TA2钛合金没有经过处理前表层XRD物相分析曲线； 图8为本发明实施例一中钛合金的渗氧强化层的表层XRD物相分析曲线； 图9为本发明实施例二中钛合金的渗氧强化层的表层XRD物相分析曲线； 图l(Tll为本发明对比例一中钛合金的渗氧强化层的界面图； 图12为本发明对比例二中钛合金的渗氧强化层的界面图； 图13为本发明对比例二中钛合金的渗氧强化层的界面图； 图14为本发明对比例二中钛合金的渗氧强化层及其截面处Ti、0元素的分布图； 图15为本发明对比例三中钛合金的渗氧强化层的界面图；(800°C保温他时MgO介质) 图16为本发明对比例三中钛合金的渗氧强化层的界面图；(850°C保温池时MgO介质) 图17为本发明对比例三中钛合金的摩擦表面图；(800°C保温他时MgO介质) 图18为本发明对比例三中钛合金的摩擦表面图；(850°C保温池时MgO介质) 图19为本发明对比例一中钛合金的摩擦表面图； 图20为本发明中钛合金的摩擦表面图；(850°C保温池时Al2O3介质) 图21为本发明实施例一中钛合金的摩擦表面图； 图22为本发明实施例二中钛合金的摩擦表面图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例一
一种钛合金渗氧表面强化处理方法，采用的材料为TA2钛合金，具体步骤如下将钛合金材料置于经过酸洗净化处理的介质^O2中，介质^O2粒度为200目 360目，在普通空气炉中加热800°C，保温他(480min)，然后关闭炉子电源，让试样和罐子随炉冷却；去除试样可见表面有较薄的氧化膜存在，变色变黑；渗氧强化层的显微硬度可以达到HV780，渗层深度可以达到100 μ m;表面光滑。如图1、2、5、8所示为渗氧强化处理渗氧层的截面、元素分布图、硬度分布图及其 XRD物相分析结果。作为对比，图7为没有经过处理时TA表层的XRD分析曲线，可见其曲线分布稍有改变。实施例二
一种钛合金渗氧表面强化处理方法，与实施例1不同之处是将钛合金材料置于经过酸洗净化处理的介质中，介质&02粒度为200目 360目，在普通空气炉中加热850°C， 保温3小时(180min)，然后关闭炉子电源，让试样和罐子随炉冷却；表面形成极少量氧化膜；渗氧强化层的显微硬度可以达到HV750，渗层深度可以达到100 μ m;表面光滑。如图3、4、6、9所示为渗氧强化处理渗氧层的截面、元素分布图、硬度分布图及其 XRD物相分析结果。作为对比，图7为没有经过处理时TA表层的XRD分析曲线，可见其曲线分布稍有改变。对比例一
参照背景技术中中国发明专利申请CN1363713A公开的钛合金渗氧的方法，采用Al2O3 进行800°C保温他观察界面，如图l(Tll所示可见形成的氧化膜与基体的结合力非常差， 氧化膜与基体呈现完全分开的状态，必须在使用前将其去除，即必须采用机械方法对其氧化膜进行去除。对比例二
采用SiA为介质时进行渗氧强化，见图12、13，其中图12为800°C保温他时SW2为介质时的界面，可见氧化膜存在较多的孔洞，而且分层。图13为850°C保温池时的界面，同样存在孔洞较多而且孔隙较大的弊端。图14为钛合金的渗氧强化层及其截面处Ti、0元素的分布图。对比例三
采用MgO为介质时进行渗氧强化，见图15、16，其中图15为800°C保温他时MgO为介质时的界面，可见氧化膜存在较多的孔洞。图16为850°C保温池时的界面，同样存在孔洞较多而且孔隙较大的弊端。
对上述实施例和对比例做摩擦试验，图17 22分别为处理温度800°C保温他时、850°C 保温池时，介质分别为Mg0、Al203以及^O2时进行摩擦试验得到的摩擦痕迹的扫面电子图像，其中大括号所包括的区域为在相同的试验载荷下进行摩擦后所造成的痕迹；该区域的宽度越宽或者深度越深，则表面耐磨性越差。从图17 22中可见，在渗氧介质为^O2的时候，摩擦痕迹的宽度最窄，而且深度也最浅；而在介质为MgO、Al2O3的时候，在同样的条件下，摩擦痕迹的宽度或深度均比在介质为&02的时候要宽或深；表明采用本发明的&02介质处理得到的钛合金材料具有优异的耐磨性能，具有良好的优越性。
权利要求
1.一种钛合金渗氧表面强化处理方法，其特征在于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70(T85(TC，保温3(T6000 min ；在钛合金材料表面形成氧固溶硬化层，所述氧固溶硬化层的深度为8(Γ120 μ m ；所述介质为^O2粉末。
2.根据权利要求1所述钛合金渗氧表面强化处理方法，其特征在于所述经过处理的介质为中性。
3.根据权利要求1所述钛合金渗氧表面强化处理方法，其特征在于所述粉末介质的粒度为360 10目。
4.根据权利要求1所述钛合金渗氧表面强化处理方法，其特征在于所述介质经过酸洗净化处理。
全文摘要
本发明公开了一种钛合金渗氧表面强化处理方法，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℃，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80~120μm；所述介质为ZrO2粉末。本发明的表面处理方法简单，只要一步即可实现钛合金的表面强化，可以实现钛合金表层的硬度达到HV780以上，氧的固溶硬化深度可以达到100μm，取得了良好的效果。
文档编号C23C8/10GK102400086SQ20111037867
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者张敏, 陈长军 申请人:苏州大学