CN102965613A

CN102965613A - 一种钛合金低温表面渗氮方法

Info

Publication number: CN102965613A
Application number: CN2012105169163A
Authority: CN
Inventors: 朱延松; 卢文壮; 王晗; 胥军; 左敦稳; 何亚峰; 孙玉利; 艾国平; 蔡文俊; 徐锋
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: CN102965613B

Abstract

一种钛合金低温表面渗氮，属于金属表面热处理改性技术领域，其特征是先将钛合金表面先进行喷砂清洗，然后进行化学机械研磨、抛光，同时将粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）与稀土CeO₂粉末按一定比例混合后制成渗氮试剂，将此试剂与处理后的钛合金材料放入到坩埚内压实并密封后烘干，然后将坩埚放入到高温炉内进行加热的一种表面化学热处理工艺方法。其中，氰酸钠（NaCNO）和氰酸钾（KCNO）作为渗氮源，稀土（CeO₂）作为催化剂。通过此种低温表面渗氮方法，使钛合金TC21表面形成TiN_0.3~1渗氮层，钛合金表面摩擦系数显著降低，表面硬度提高，表面性能得到强化。

Description

一种钛合金低温表面渗氮方法

技术领域

本发明涉及一种材料的表面处理方法，尤其是一种钛合金的表面处理方法，具体地说是一种钛合金低温表面渗氮方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、抗蚀性优异等突出优点，是最有希望代替合金钢制造传动机构功能部件的轻量化材料。例如，钛合金TC21是我国自行研制的具有自主知识产权的一种α+β型钛合金，其具有高强度（ R_m≥1100MPa）、高韧性（K_IC≥70MPa

Figure 2012105169163100002DEST_PATH_IMAGE002

）、高损伤容限（较低的疲劳裂纹扩展速率da/dN值和较高的疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th）和优异的抗疲劳性能（优于普通TC4、TA15等中等强度钛合金）等综合性能相匹配。与美国第四代战斗机F-22上大量应用Ti-6-22-22高强高损伤容限型钛合金的性能相当，是目前我国高强韧钛合金综合力学性能匹配最佳的钛合金，适用于新一代战机的中后机身、机翼、发动机附近和起落架等部位对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件。

但其缺点也比较突出：一是钛合金的摩擦学性能较差，对粘着磨损和微动磨损非常敏感；二是在还原性介质如盐酸、稀硫酸等中耐腐蚀性能较差，因而它的应用受到限制。目前，国内外对于钛合金表面耐磨、耐腐蚀性的关注度越来越高，也同时出现了不同的钛合金表面化学热处理方法来提高钛合金表面耐磨和耐腐蚀性能，其中主要是采用表面改性技术（如物理气相沉积、化学气相沉积、激光表面处理、离子渗氮、热氧化和固体扩散等），使钛及钛合金表面形成氮化物、碳化物和硼化物等硬质相，从而提高其表面硬度和耐磨性。

目前，在金属表面热处理强化技术中，表面沉积形成的强化层与基体的结合力较差；离子/等离子渗氮工艺具有局限性，难以规模化推广；激光表面处理形成合金化层，其残余拉应力较大，易形成裂纹；而表面化学热处理强化是通过固溶间隙原子或形成新的强化相，保留心部硬度不变，对表面进行强化处理，使金属表面硬度显著提高，渗层与基体冶金结合，结合性能好的一种工艺方法。

钛合金表面化学热处理方法有渗氮、渗碳、碳氮共渗等。低温渗氮与其它表面化学热处理工艺相比，主要优点在于其较低的热处理温度（500~600℃），理想温度为580℃。通常，可以在完全调质与回火的条件下对零件进行渗氮，而不会对基体的组织及主要性能造成负面影响，是一个快速便捷、灵活方便、经济高效、可控性强的工艺过程。低温渗氮的另一个优点在于降低了产生变形的可能性。这样，零件就可以通过机械加工得到最终的尺寸，而无须花费昂贵的精加工过程。因此，低温渗氮的实用性和有效性，一直受到国内外广泛研究。但目前低温渗氮的化学热处理方法所对应的材料大多为不锈钢、IF钢、低碳钢、中碳钢，钛合金低温表面渗氮国内外少有提及。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种钛合金的低温表面渗氮方法，它尤其适用于适合新型损伤容限型钛合金TC21低温表面渗氮。

本发明的技术方案是：

一种钛合金低温表面渗氮方法，其特征是它包括钛合金的表面处理、渗氮试剂的制备及表面化学热处理。

钛合金的表面处理包括：

1）喷砂

采用粒度为80~120目的砂粒对钛合金表面进行喷砂，控制工作气压0.3~0.7MPa，喷砂时间10~15分钟；

2）研磨

把喷砂后的钛合金置于低温超净研抛机内，采用研磨压力为0.05~0.075MPa，偏心距为60~70mm，转速为100~120rpm，粒径为20~28μm的Al₂O₃固结磨料抛光垫先进行粗研磨15~20分钟；之后采用研磨压力为0.025~0.05MPa，偏心距为60~70mm，转速为150~180rpm，粒径为10~14μm为Al₂O₃固结磨料抛光垫研磨20~30分钟完成精研磨处理；

3）抛光及清洗

把研磨后的钛合金在低温超净研抛机内，采用研磨压力为0.02~0.05MPa，偏心距为30~50mm，转速为180~200rpm，磨粒粒径为5~8μm的稀土氧化铈固结磨料抛光垫研磨时间15~20分钟抛光至表面粗糙度Ra0.01~0.07μm，然后进行表面清洗。

渗氮试剂的制备是指：

将氰酸钠（NaCNO）粉末和氰酸钾（KCNO）颗粒的混合物与稀土氧化铈（CeO₂）粉末放入到球磨机内搅拌15~25分钟，使NaCNO、KCNO 和 CeO₂充分均匀混合，得到渗氮试剂。

表面化学热处理是指：

先将部分渗氮试剂放入到预先准备好的坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上，随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚，给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为20~30℃、相对湿度为45~50%的恒温鼓风干燥箱内烘干50~60分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以10~30℃/min的升温速率升温至500~620℃，保温3~10小时，将坩埚取出，空冷至室温。

所述的喷砂使用的砂粒为Al₂O₃。

所述的氰酸钠（NaCNO）粉末和氰酸钾（KCNO）颗粒混合物中，氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为（0.8~1）:1。

所述的渗氮试剂中氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为80~98%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为2%~20%。

所述的试剂包裹钛合金材料中包裹层厚度≥10mm。

所述的坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离5~10mm。

所述的坩埚能承受700℃温度且无影响渗氮效果的元素析出（如O，S等），坩埚为氧化铝坩埚。

所述的钛合金为损伤容限型钛合金TC21，其化学成分按质量百分比记为：6%Al，2%Sn, 2%Zr，3%Mo，1%Cr，2%Nb，0.1%Fe，0.1%Si，其余为Ti。

本发明的基理是：稀土元素在金属表面化学热处理改性中的使用，可对改善工件的表层组织结构、物理、化学及机械性能都有极大影响。稀土元素具有提高渗速（渗速可提高25%～30%，处理时间可缩短1/3以上）、强化表面（稀土元素具有微合金化作用，能改善表层组织结构，强化基体表面）、净化表面（稀土元素与钢中 P、S、As、Sn、Sb、Pb等低熔点有害杂质发生作用，形成高熔点化合物，同时抑制这些杂质元素在晶界上的偏聚，降低渗层脆性）等多种功能。

在钛合金低温表面渗氮所使用的试剂中加入稀土作为活化剂，通过化学热处理的方法可提高N与Ti的结合速率及钛基复合层的厚度，能进一步提高钛合金表面的硬度和耐磨性。

本发明的有益效果：

1、本发明不会对基体的组织及主要性能造成负面影响，是一个工艺简单，经济高效、可控性强的钛合金表面处理工艺。

2、本发明降低了由于渗氮温度的影响而导致零件产生变形的可能性。

3、本发明采用了稀土作为渗氮催化剂，提高了渗氮效率，使钛合金表面硬度到达678HV_0.01，比基体硬度有明显提高。

4、采用本发明方法对钛合金表面做渗氮处理，钛合金表面生成了TiN_0.3层，表面摩擦系数降低到0.09，耐磨性能显著增强。

5、本发明所述的低温表面渗氮方法不仅适用于钛合金TC21，也可用于其它损伤容限型钛合金。

附图说明

图1为本发明实例1表面化学热处理后试样渗氮层金相组织形貌图。

图2为本发明实例4表面化学热处理后渗氮层XRD分析图。

图3为本发明部分实例表面化学热处理后渗氮层摩擦系数分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种钛合金低温表面渗氮方法，所使用的部分设备有球磨机、高温密封胶、氧化铝坩埚、恒温鼓风干燥箱、喷砂机、高温炉、低温超净研磨机，这些设备均为市场所售的常规产品。钛合金材料为新型损伤容限型钛合金TC21，其化学成分按质量百分比记为：6%Al，2%Sn，2%Zr，3%Mo，1%Cr，2%Nb，0.1%Fe，0.1%Si，其余为Ti。具体步骤如下：

1、钛合金的表面处理

1）喷砂

采用粒度为80~120目的白刚玉（Al₂O₃）（也可采用SiO₂ 或SiC）砂粒对钛合金表面进行喷砂，控制工作气压0.3~0.7MPa，喷砂时间10~15分钟；

2）研磨

3）抛光及清洗

2、渗氮试剂的制备

将白色粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和白色四角颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）混合物（氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为（0.8~1）:1）与稀土CeO₂（粒度≤200目）粉末放入到球磨机内搅拌15~20分钟，得到渗氮试剂；试剂中氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为80~98%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为2%~20%。

3、表面化学热处理

先将部分渗氮试剂放入到预先准备好的刚玉坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上（坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离5~10mm），随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚（包裹层厚度≥10mm），给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为20~30℃、相对湿度为45~50%的恒温鼓风干燥箱内烘干50~60分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以10~30℃/min的升温速率升温至500~620℃，保温3~10小时，将坩埚取出，空冷至室温。

实例1。

步骤1、钛合金试样表面处理

1）喷砂

采用粒度为120目的白刚玉（Al₂O₃）（也可采用SiO₂ 或SiC）砂粒对钛合金表面进行喷砂，工作气压0.5MPa，喷砂时间15分钟。

2）研磨

把喷砂后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用Al₂O₃（磨粒粒径为20μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.05MPa，偏心距为60mm，转速为120rpm，研磨时间15分钟），进行粗研磨处理；之后采用Al₂O₃（磨粒粒径为14μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.025，偏心距为60mm，转速为180rpm，研磨时间20分钟）进行精研磨处理。

3）抛光及清洗

把研磨后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用稀土氧化铈（磨粒粒径为8μm）固结磨料抛光垫（研磨压力为0.02MPa，偏心距为50mm，转速为180，研磨时间15分钟）进行抛光至表面粗糙度Ra0.06μm，然后进行表面清洗。

步骤2、试剂制备

将白色粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和白色四角颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）混合物（氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为1:1）与稀土CeO₂（粒度为200目）粉末混合（氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为95%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为75%）放入到球磨机内搅拌15分钟。

步骤3、表面化学热处理

将步骤2得到的部分试剂放入到预先准备好的坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上（坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离8mm），随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚（包裹层厚度≥10mm），给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为20℃、相对湿度为45%的恒温鼓风干燥箱内烘干50分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以20℃/min的升温速率升温至595℃，保温5小时，将坩埚取出，空冷至室温。

取出试样进行检测。经X射线衍射仪对钛合金表面渗层进行X射线衍射（XRD）分析，钛合金表面有TiN相。经X射线能谱仪（EDS）检测分析，钛合金复合层内含有Ti、N等原子。经扫描电镜（SEM）检测钛合金表面存在有连续的复合渗氮层，渗层与基体结合紧密，渗层厚度约为17.01μm，渗层组织和基体组织一致，都是网篮状组织，渗层颜色较深。经显微硬度计检测表面层显微硬度为440HV_0.01~517HV_0.01，与基体钛合金表面硬度366HV_0.01~390HV_0.01相比，钛合金表面渗氮后硬度提高。经摩擦磨损实验检测表面层摩擦系数为0.18，比基体摩擦系数1.6有显著降低，因此钛合金表面渗氮后耐磨性能增强。

实例2。

步骤1、钛合金试样表面处理

1）喷砂

采用粒度为80目的白刚玉（Al₂O₃）砂粒对钛合金表面进行喷砂，工作气压0.3MPa，喷砂时间10分钟。

2）研磨

把喷砂后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用Al₂O₃（磨粒粒径为28μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.075MPa，偏心距为70mm，转速为100rpm，研磨时间15分钟），进行粗研磨处理；之后采用Al₂O₃（磨粒粒径为10μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.05，偏心距为70mm，转速为150rpm，研磨时间30分钟）进行精研磨处理。

3）抛光及清洗

把研磨后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用稀土氧化铈（磨粒粒径为5μm）固结磨料抛光垫（研磨压力为0.05MPa，偏心距为30mm，转速为200，研磨时间20分钟）进行抛光至表面粗糙度Ra0.07μm，然后进行表面清洗。

步骤2、试剂制备

将白色粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和白色四角颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）混合物（氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为0.8:1）与稀土CeO₂（粒度为200目）粉末混合（氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为80%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为20%）放入到球磨机内搅拌25分钟。

步骤3、表面化学热处理

将步骤2得到的部分试剂放入到预先准备好的坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上（坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离5mm），随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚（包裹层厚度≥10mm），给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为30℃、相对湿度为50%的恒温鼓风干燥箱内烘干60分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温3小时，将坩埚取出，空冷至室温。

取出试样进行检测。经X射线衍射仪对钛合金表面渗层进行X射线衍射（XRD）分析，钛合金表面有TiN_0.3相。经X射线能谱仪（EDS）检测分析，钛合金复合层内含有Ti、N等原子。经扫描电镜（SEM）检测钛合金表面存在有连续的复合渗氮层，渗层与基体结合紧密，渗层厚度约为23.02μm，渗层组织和基体组织一致，都是网篮状组织，渗层颜色较深。经显微硬度计检测表面层显微硬度为635HV_0.01~678HV_0.01，与基体钛合金表面硬度366HV_0.01~390HV_0.01相比，钛合金表面渗氮后硬度提高。经摩擦磨损实验检测表面层摩擦系数为0.12，比基体摩擦系数1.6有显著降低，因此钛合金表面渗氮后耐磨性能增强。

实例3。

步骤1、钛合金试样表面处理

1）喷砂

采用粒度为100目的白刚玉（Al2O3）砂粒对钛合金表面进行喷砂，工作气压0.7MPa，喷砂时间12分钟。

2）研磨

把喷砂后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用Al₂O₃（磨粒粒径为25μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.06MPa，偏心距为65mm，转速为110rpm，研磨时间18分钟），进行粗研磨处理；之后采用Al₂O₃（磨粒粒径为10μm）固结磨研抛光垫（研磨压力为0.03，偏心距为65mm，转速为160rpm，研磨时间25分钟）进行精研磨处理。

3）抛光及清洗

把研磨后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用稀土氧化铈（磨粒粒径为7μm）固结磨料抛光垫（研磨压力为0.035MPa，偏心距为40mm，转速为190，研磨时间16分钟)进行抛光至表面粗糙度Ra0.05μm，然后进行表面清洗。

步骤2、试剂制备

将白色粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和白色四角颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）混合物（氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为0.9:1）与稀土CeO₂（粒度为250目）粉末混合（氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为98%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为2%）放入到球磨机内搅拌20分钟。

步骤3、表面化学热处理

将步骤2得到的部分试剂放入到预先准备好的坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上（坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离10mm），随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚（包裹层厚度≥10mm），给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为25℃、相对湿度为48%的恒温鼓风干燥箱内烘干55分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以30℃/min的升温速率升温至620℃，保温10小时，将坩埚取出，空冷至室温。

取出试样进行检测。经X射线衍射仪对钛合金表面渗层进行X射线衍射（XRD）分析，钛合金表面有TiN相。经X射线能谱仪（EDS）检测分析，钛合金复合层内含有Ti、N等原子。经扫描电镜（SEM）检测钛合金表面存在有连续的复合渗氮层，渗层与基体结合紧密，渗层厚度约为10.04μm，渗层组织和基体组织一致，都是网篮状组织，渗层颜色较深。经显微硬度计检测表面层显微硬度为420HV_0.01~460HV_0.01，与基体钛合金表面硬度366HV_0.01~390HV_0.01相比，钛合金表面渗氮后硬度提高。经摩擦磨损实验检测表面层摩擦系数为0.16，比基体摩擦系数1.6有显著降低，因此钛合金表面渗氮后耐磨性能增强。

实例4。

步骤1、钛合金试样表面处理

1）喷砂

采用粒度为120目的白刚玉（Al2O3）砂粒对钛合金表面进行喷砂，工作气压0.5MPa，喷砂时间10分钟。

2）研磨

3）抛光及清洗

把研磨后的钛合金试样在低温超净研抛机内，采用稀土氧化铈（磨粒粒径为8μm）固结磨料抛光垫（研磨压力为0.02MPa，偏心距为50mm，转速为180，研磨时间20分钟）进行抛光至表面粗糙度Ra0.05μm，然后进行表面清洗。

步骤2、试剂制备

将白色粉末状晶体氰酸钠（NaCNO）和白色四角颗粒状晶体氰酸钾（KCNO）混合物（氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为1:1）与稀土CeO₂（粒度为200目）粉末混合（氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为89%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为11%）放入到球磨机内搅拌20分钟。

步骤3、表面化学热处理

将步骤2得到的部分试剂放入到预先准备好的坩埚中压实，然后将经表面处理后的钛合金试样居中平放于压实的渗氮试剂上（坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离8mm），随后再将剩余试剂放入到刚玉坩埚中充分包裹钛合金并压实填满坩埚（包裹层厚度≥10mm），给坩埚加盖，用密封胶将盖与坩埚间的缝隙密封，防止热处理过程中钛合金的高温氧化；再将密封后的坩埚置于温度为20℃、相对湿度为50%的恒温鼓风干燥箱内烘干50分钟；然后再放入到高温炉内进行加热、保温和冷却处理；加热时以20℃/min的升温速率升温至595℃，保温5小时，将坩埚取出，空冷至室温。

取出试样进行检测。经X射线衍射仪对钛合金表面渗层进行X射线衍射（XRD）分析，钛合金表面有TiN_0.3相。经X射线能谱仪（EDS）检测分析，钛合金复合层内含有Ti、N等原子。经扫描电镜（SEM）检测钛合金表面存在有连续的复合渗氮层，渗层与基体结合紧密，渗层厚度约为23.02μm，渗层组织和基体组织一致，都是网篮状组织，渗层颜色较深。经显微硬度计检测表面层显微硬度为572HV_0.01~618HV_0.01，与基体钛合金表面硬度366HV_0.01~390HV_0.01相比，钛合金表面渗氮后硬度有所提高。经摩擦磨损实验检测表面层摩擦系数为0.09，比基体摩擦系数1.6有显著降低，因此钛合金表面渗氮后耐磨性能增强。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种钛合金低温表面渗氮方法，其特征是它包括钛合金的表面预处理、渗氮试剂的制备及渗氮处理：

所述的钛合金的表面预处理是指：

采用粒度为80~120目的砂粒对钛合金表面进行喷砂，控制工作气压0.3~0.7MPa，喷砂时间10~15分钟；喷砂结束再进行表面研磨和抛光至表面粗糙度Ra0.01~0.07μm，然后进行表面清洗；

渗氮试剂的制备是指：

将氰酸钠（NaCNO）粉末和氰酸钾（KCNO）颗粒的混合物与稀土氧化铈（CeO₂）粉末放入到球磨机内搅拌15~20分钟，使NaCNO、KCNO 和 CeO₂充分均匀混合，得到渗氮试剂；

渗氮处理是指：

2.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的喷砂使用的砂粒为Al₂O₃、SiO₂ 或SiC。

3.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的氰酸钠（NaCNO）粉末和氰酸钾（KCNO）颗粒混合物中，氰酸钠（NaCNO）与氰酸钾（KCNO）混合比例按质量计为（0.8~1）:1。

4.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的渗氮试剂中氰酸钠和氰酸钾混合物的质量百分比为80~98%，稀土氧化铈（CeO₂）的质量百分比为2%~20%。

5.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的试剂包裹钛合金材料中包裹层厚度≥10mm。

6.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的坩埚底部采用3点支撑法对试样进行支撑，按等边三角形布置，支撑点到坩埚底部的距离5~10mm。

7.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的坩埚能承受700℃温度且无影响渗氮效果的元素析出，坩埚为氧化铝坩埚、碳化硅坩埚、石墨坩埚或镍坩埚。

8.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的钛合金为TC系列的钛合金。

9.根据权利要求8所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的钛合金为TC系列中的损伤容限型钛合金TC21，渗氮处理后钛合金TC21表面形成TiN_0.3~1，渗氮层其化学成分按质量百分比记为：6%Al，2%Sn, 2%Zr，3%Mo，1%Cr，2%Nb，0.1%Fe，0.1%Si，其余为Ti；所述的低温表面渗氮方法也可适用于其它TC系列的钛合金表面强化。

10.根据权利要求1所述的钛合金低温表面渗氮方法，其特征是所述的研磨在低温超净研抛机内进行，采用研磨压力为0.05~0.075MPa，偏心距为60~70mm，转速为100~120rpm，粒径为20~28μm的Al₂O₃固结磨料抛光垫先进行粗研磨15~20分钟；之后采用研磨压力为0.025~0.05MPa，偏心距为60~70mm，转速为150~180rpm，粒径为10~14μm为Al₂O₃固结磨料抛光垫研磨20~30分钟，完成研磨处理；所述的抛光是将研磨后的钛合金放在低温超净研抛机内，采用研磨压力为0.02~0.05MPa，偏心距为30~50mm，转速为180~200rpm，磨粒粒径为5~8μm的稀土氧化铈固结磨料抛光垫研磨抛光15~20分钟至表面粗糙度Ra0.01~0.07μm，然后进行表面清洗。