CN105349934A - 一种钛合金的表面强化处理方法 - Google Patents

一种钛合金的表面强化处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105349934A
CN105349934A CN201510915774.1A CN201510915774A CN105349934A CN 105349934 A CN105349934 A CN 105349934A CN 201510915774 A CN201510915774 A CN 201510915774A CN 105349934 A CN105349934 A CN 105349934A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium alloy
glass tubing
glass pipe
furnace
heating furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510915774.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105349934B (zh
Inventor
张敏
刘畅
严凯
任博
陈长军
郑祖山
张超
王晓南
胡增荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201510915774.1A priority Critical patent/CN105349934B/zh
Publication of CN105349934A publication Critical patent/CN105349934A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105349934B publication Critical patent/CN105349934B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/12—Oxidising using elemental oxygen or ozone

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钛合金的表面强化处理方法，(1)将待处理的钛合金试件放置在一端开口的玻璃管中；(2)在玻璃管中放入氯酸钾和MnO2；(3)先对玻璃管进行抽真空处理，再通入氩气，使其维持在一个大气压，然后封管；(4)将玻璃管放置在密闭的加热炉中，对加热炉进行抽真空处理，然后通入氩气，维持在一个大气压，关闭阀门；(5)加热炉升温到900～910℃并进行保温，然后随炉冷却；(6)冷却后将所述玻璃管击碎，得到所需要的钛合金试件。本发明可以实现表面无氧化膜渗氧，消除氧化膜带来的不利影响，不影响试件的表面光亮；同时，该方法可处理复杂形状的零件；硬化效果好、均匀，且可以控制，大大延长了零件的使用寿命。

Description

一种钛合金的表面强化处理方法
技术领域
本发明涉及钛合金的表面强化处理，具体涉及一种通过表面渗氧提高钛合金的表面硬度及耐磨性的强化处理方法。
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石油化工等民用工业中得到广泛应用。但是由于其硬度低，表面不耐磨，从而限制了其更为广泛的应用。
渗氧处理是提高钛合金表面硬度，进而提高其耐磨性的一种强化方法。例如，中国发明专利申请CN104099641A公开了一种钛合金渗氧方法，包括：1），生产含氧化钛的炭阳极；2）、将焙烧好的含氧化钛炭阳极安装在铝电解槽上，直接进行电解生产铝钛合金。该方法对钛合金进行α硬化处理，其表面显微硬度HV≥500kg/mm2，α硬化层深度d＝0.035～0.100mm，提高相对耐磨性达100倍，有效地提高了钛合金件的使用寿命。中国发明专利“一种钛合金渗氧表面强化处理方法”（授权公告号：CN102400086B），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。中国发明专利“一种钛合金渗氧－扩散固溶复合表面强化处理方法”（授权公告号：CN1314827C），公开了一种钛合金表面强化处理方法，具体方法为：(1)将钛合金材料置于经过酸洗净化处理的MgO、Al2O3、SiO2、C粉等介质中，粒度在360目～10目之间。在大气气氛下的普通空气炉中加热750～850℃，保温30min～600min；(2)然后将处理的试件置于封闭装置中，在800～900℃的温度下，保温10～50h。然后得到所需要的钛合金试样。中国发明专利“一种钛合金渗氧的方法”（授权公告号：CN1146673C），将钛合金件埋在经过处理的介质中，放在普通空气加热炉内，在700～850℃的温度下，保温2～14小时，然后通过加工方法，去掉钛合金表面的氧化膜，用该方法对钛合金进行α硬化处理。
上述方法工艺比较复杂，处理过程中会在表面形成氧化膜，需要进行去除氧化膜的加工过程，导致整个过程工业化实施难度大。因此，需要寻求一种新的更为简单、易行的渗氧处理办法。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种钛合金的表面强化处理方法，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。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种钛合金的表面强化处理方法，具体步骤如下：
(1)将待处理的钛合金试件放置在一端开口的玻璃管中；
(2)在所述玻璃管中同时放入氯酸钾和MnO2；
(3)先对所述玻璃管进行抽真空处理，再通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将所述玻璃管的开口端封闭，真空度≤130Pa；
(4)将步骤(3)处理后的所述玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行抽真空处理，然后通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；
(5)对所述加热炉进行加热升温，升温到900～910℃并进行保温，然后随炉冷却；
(6)冷却后将所述玻璃管击碎，取出即得到所需要的钛合金试件。
上述技术方案中，步骤(5)中，加热升温时的升温速率控制在3～10℃/min。
步骤(5)中，保温的时间为150～180min。
步骤(2)中，将玻璃管开口端封闭的方法为，采用酒精灯直接对所述玻璃管管口进行加热，使其软化形成封闭。
优选的技术方案，步骤(2)中所述的氯酸钾和所述的MnO2的摩尔比为4～0.25。
氯酸钾和二氧化锰用于生成氧气，通常，钛合金试样和生成的氧气的质量比控制在6～60。
上述技术方案中，步骤(1)中所述玻璃管是SiO2制成的玻璃管。
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、现有技术中先氧化或加热，再进行渗氧，会在表面形成氧化膜，本发明直接使用玻璃管进行封闭处理后，一步加热进行渗氧，可以实现表面无氧化膜渗氧，消除氧化膜带来的不利影响，不影响试件的表面光亮；同时，该方法可处理复杂形状的零件；硬化效果好、均匀，且可以控制，大大延长了零件的使用寿命。
2、利用本发明方法可对钛合金试件表面进行氧的固溶硬化处理，以此提高钛合金表面的显微硬度，达到强化的目的。用本发明方法可实现合金表层的硬度达到HV700~900，氧的固溶硬化深度为40～300μm。
3、本发明采用石英玻璃管进行加热封闭，不需要焊接密闭的容器，操作容易、成本低。
4、由于采用封闭玻璃管加热渗氧，可以对航空航天、导弹、汽车、石油化工等领域使用的各种不同形状及复杂形状的钛合金零部件实行整体、均匀、一体强化处理。
附图说明
图1为实施例中的使用的加热炉结构示意图。
其中：1、加热炉；2、钛合金试样；3、玻璃管；4、氯酸钾和二氧化锰；5、阀门。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，为本发明进行钛合金渗氧强化处理用的玻璃管及其加热炉的结构示意图。其中，玻璃管3放置在加热炉1中，玻璃管内分别放有钛合金试样2，以及氯酸钾和二氧化锰4，加热炉1上设有抽气口，抽气口上设有阀门5。
对钛合金材料进行表面强化处理，方法如下：
（1）将钛合金材料真空玻璃管中，优选的，玻璃管选用SiO2制成的玻璃管；
（2）在玻璃管中另外一端同时放入氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂；优选的，氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂的比例为，摩尔比4:1，钛合金的质量与氧气的质量比控制在55.56。
（3）将真空管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式，采取酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。
（4）将玻璃管放置在密闭的加热炉中，加热炉也进行抽真空，并通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭。
（5）对加热炉进行加热，升温速率控制在3℃/min，升温到900℃，保温152min，然后随炉冷却。
（6）冷却后将玻璃管击碎，取出即得到我们所需要的钛合金试件。
经过测试得到的表面硬度最大为Hv700，硬化层深度为40μm。
实施例二：一种钛合金的表面强化处理方法，包括如下步骤：
（1）将钛合金材料真空玻璃管中，优选的，玻璃管选用SiO2制成的玻璃管；
（2）在玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂；优选的，氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂的比例为，摩尔比4:1，钛合金的质量与氧气的质量比控制在30。
（3）将真空管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式，采取酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。
（4）将玻璃管放置在密闭的加热炉中，加热炉也进行抽真空，并通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；加热炉的具体形状示意图见图1。
（5）对加热炉进行加热，升温速率控制在5℃/min，升温到905℃，保温160min，然后随炉冷却；
（6）冷却后将玻璃管击碎，取出即得到我们所需要的钛合金试件。
经测试，表面硬度可以达到780Hv，硬化层深度达到125μm。
实施例三：一种钛合金的表面强化处理方法，包括如下步骤：
（1）将钛合金材料真空玻璃管中，优选的，玻璃管选用SiO2制成的玻璃管；
（2）在玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂；优选的，氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂的比例为，摩尔比4:1，钛合金的质量与氧气的质量比控制在18。
（3）将真空管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式，采取酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。
（4）将玻璃管放置在密闭的加热炉中，加热炉也进行抽真空，并通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；加热炉的具体形状示意图见图1。
（5）对加热炉进行加热，升温速率控制在8℃/min，升温到908℃，保温170min，然后随炉冷却；
（6）冷却后将玻璃管击碎，取出即得到我们所需要的钛合金试件。
经过测试，表面硬度达到Hv810，硬化层深度达到210μm。
实施例四：一种钛合金的表面强化处理方法，包括如下步骤：
（1）将钛合金材料真空玻璃管中，优选的玻璃管选用SiO2制成的玻璃管；
（2）在玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂；优选的，氯酸钾化学纯物质和MnO2化学纯催化剂的比例为，摩尔比4:1，钛合金的质量与氧气的质量比控制在6.85。
（3）将真空管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式，采取酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。
（4）将玻璃管放置在密闭的加热炉中，加热炉也进行抽真空，并通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；加热炉的具体形状示意图见图1。
（5）对加热炉进行加热，升温速率控制在10℃/min，升温到910℃，保温180min，然后随炉冷却；
（6）冷却后将玻璃管击碎，取出即得到我们所需要的钛合金试件。
经测试，表面硬度达到Hv900，硬化层深度为300μm。
综上所述，本发明的钛合金炉中密闭渗氧法通过优化工艺参数、精确控制钛合金与生成的氧气之间的质量比例，实现氧固溶形式的渗氧强化，控制氧与钛合金之间不发生氧化。解决了氧化后需要去掉氧化膜的弊端，同时表面光亮，工艺简单。
本发明的钛合金炉中密闭渗氧法还具备能量可控性高、可加工复杂、异形工件等优点，可更好地适应各种形状钛合金的表面强化处理。

Claims (5)

1.一种钛合金的表面强化处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将待处理的钛合金试件放置在一端开口的玻璃管中；
(2)在所述玻璃管中同时放入氯酸钾和MnO2；
(3)先对所述玻璃管进行抽真空处理，再通入氩气，使其维持在一个大气压，然后将所述玻璃管的开口端封闭，真空度≤130Pa；
(4)将步骤(3)处理后的所述玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行抽真空处理，然后通入氩气，维持在一个大气压，然后使用阀门对其进行关闭；
(5)对所述加热炉进行加热升温，升温到900～910℃并进行保温，然后随炉冷却；
(6)冷却后将所述玻璃管击碎，取出即得到所需要的钛合金试件。
2.根据权利要求1所述的钛合金的表面强化处理方法，其特征在于：步骤(5)中，加热升温时的升温速率控制在3～10℃/min。
3.根据权利要求1所述的钛合金的表面强化处理方法，其特征在于：步骤(5)中，保温的时间为150～180min。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的钛合金的表面强化处理方法，其特征在于：步骤(2)中，将玻璃管开口端封闭的方法为，采用酒精灯直接对所述玻璃管管口进行加热，使其软化形成封闭。
5.根据权利要求1所述的钛合金的表面强化处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氯酸钾和所述的MnO2的摩尔比为4～0.25。
CN201510915774.1A 2015-07-03 2015-12-13 一种钛合金的表面强化处理方法 Active CN105349934B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510915774.1A CN105349934B (zh) 2015-07-03 2015-12-13 一种钛合金的表面强化处理方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510394183 2015-07-03
CN2015103941834 2015-07-03
CN201510915774.1A CN105349934B (zh) 2015-07-03 2015-12-13 一种钛合金的表面强化处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105349934A true CN105349934A (zh) 2016-02-24
CN105349934B CN105349934B (zh) 2018-03-20

Family

ID=55325993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510915774.1A Active CN105349934B (zh) 2015-07-03 2015-12-13 一种钛合金的表面强化处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105349934B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106198605A (zh) * 2016-08-04 2016-12-07 中国科学院金属研究所 一种特殊环境下单晶高温合金的性能评价方法
CN116065118A (zh) * 2023-02-23 2023-05-05 浙江神秀新材料科技有限公司 一种钛合金离子渗氧的方法
CN117966079A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 宝鸡西工钛合金制品有限公司 一种钛合金表面强化处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632158A (zh) * 2004-12-08 2005-06-29 中国科学院金属研究所 一种钛合金渗氧－扩散固溶复合表面强化处理方法
CN1664160A (zh) * 2004-03-04 2005-09-07 株式会社岛野 β型钛的表面固化处理方法及β型钛系构件、β型钛的表面固化处理装置
CN101058118A (zh) * 2007-06-20 2007-10-24 中国原子能科学研究院 γ相U－Mo合金粉末的制备工艺
CN102400086A (zh) * 2011-11-24 2012-04-04 苏州大学 一种钛合金渗氧表面强化处理方法
CN103789717A (zh) * 2014-01-22 2014-05-14 沈阳理工大学 一种钛及钛合金表面渗氧方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1664160A (zh) * 2004-03-04 2005-09-07 株式会社岛野 β型钛的表面固化处理方法及β型钛系构件、β型钛的表面固化处理装置
CN1632158A (zh) * 2004-12-08 2005-06-29 中国科学院金属研究所 一种钛合金渗氧－扩散固溶复合表面强化处理方法
CN101058118A (zh) * 2007-06-20 2007-10-24 中国原子能科学研究院 γ相U－Mo合金粉末的制备工艺
CN102400086A (zh) * 2011-11-24 2012-04-04 苏州大学 一种钛合金渗氧表面强化处理方法
CN103789717A (zh) * 2014-01-22 2014-05-14 沈阳理工大学 一种钛及钛合金表面渗氧方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106198605A (zh) * 2016-08-04 2016-12-07 中国科学院金属研究所 一种特殊环境下单晶高温合金的性能评价方法
CN116065118A (zh) * 2023-02-23 2023-05-05 浙江神秀新材料科技有限公司 一种钛合金离子渗氧的方法
CN116065118B (zh) * 2023-02-23 2024-02-13 浙江神秀新材料科技有限公司 一种钛合金离子渗氧的方法
CN117966079A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 宝鸡西工钛合金制品有限公司 一种钛合金表面强化处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105349934B (zh) 2018-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105349934A (zh) 一种钛合金的表面强化处理方法
CN103469147B (zh) 一种钛合金低压脉冲真空渗氮方法及装置
CN113718192A (zh) 一种小模数齿轮全齿廓一致性离子渗氮方法
CN104032104A (zh) 一种常规条件下真空热处理实验方法
CN101736283A (zh) 一种低合金钢表面氮化氧化复合处理装置及处理方法
CN103332872B (zh) 高硼硅硬质玻璃与可伐合金直接匹配封接方法
CN102400086B (zh) 一种钛合金渗氧表面强化处理方法
CN103334077A (zh) 一种金属工件的低温气体快速渗氮复合处理工艺
CN104818449A (zh) 一种锆或锆合金表面离子渗氧制备二氧化锆渗层的方法
CN205420524U (zh) 一种钛合低压真空渗碳复合渗氮的表面处理装置
CN103614693A (zh) 一种燃料电池金属极板表面改性层堵孔方法
CN105714082A (zh) 一种无缝钢管的光亮退火工艺
CN102829658B (zh) 一种金属热管的密封封口方法
CN206286534U (zh) 适用机械泵充型的连通器式低压铸造保温炉
CN111850456A (zh) 钛合金分段真空快速渗氮方法及装置
CN105420663B (zh) 一种钛合金碳氮复合渗的表面处理方法
CN110004401A (zh) 金属件渗氮处理方法及渗氮金属件
CN210215463U (zh) 多功能真空回火炉
CN100355913C (zh) 奥氏体不锈钢真空除气工艺
CN1314827C (zh) 一种钛合金渗氧－扩散固溶复合表面强化处理方法
CN109576637B (zh) 一种硬质合金的渗碳方法
CN112853257A (zh) 一种黑色硫掺杂二氧化钛薄膜及其制备方法和应用
CN206173385U (zh) 一种材料热处理系统
CN2396356Y (zh) 一种新型真空退火炉
CN111621632A (zh) 一种合金钢管的无氧退火工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant