CN107442878B - 一种基于原位钎焊的tc4钛合金表面改性方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于原位钎焊的TC4钛合金表面改性方法，包括以下步骤：（1）选取表面平整的TC4钛合金试样，进行打磨、抛光；制作成圆片状试样；（2）将片状银薄片放置于制作好的TC4钛合金基板圆片中心；然后，在高纯氩气的保护气氛下，将其放置于高温加热台上；（3）控制钎焊温度为910‑940℃，形成Ag/β‑Ti相/TC4三层结构。本发明形成的β‑Ti相，可以提高钛合金的强度和耐磨性，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；基体α‑Ti+β‑Ti双相组织可以保持钛合金良好的强度和塑韧性；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。

Description

一种基于原位钎焊的TC4钛合金表面改性方法
技术领域
本发明涉及表面改性技术领域，具体涉及一种利用钎焊对TC4钛合金表面的改性方法。
背景技术
TC4钛合金的组成为Ti-6Al-4V，属于α+β型钛合金，具有良好的综合力学性能。Ti-6Al-4V合金由于其比强度高、低密度、抗疲劳性能等多方面优异的性能，已被广泛应用于各个工业领域。但是钛合金存在摩擦系数高、耐蚀性差、润滑性差和耐磨性差等缺点，严重制约了其应用。因此对TC4钛合金表面改性研究就显得极为重要。
目前，通常采用的表面改性技术包括离子注入、热喷涂、激光表面强化等。但离子注入设备系统复杂，操作需仔细且价格昂贵，离子注入容易产生晶格缺陷。热喷涂涂层含有不同程度的孔隙，热喷涂手工操作时劳动条件差，有噪音、粉尘和辐射等问题。激光表面强化技术存在一些问题，激光本身是转换效率较低的能源，激光设备价格较高，激光强化工艺不稳定、移植性差，在激光表面合金化和激光熔覆中还常常出现裂纹等问题。虽然这些技术在各自领域发挥着重要作用，但都或多或少地存在着一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术缺陷，提供一种基于原位钎焊的TC4钛合金表面改性方法。
本发明通过下述技术方案实现的。
一种基于原位钎焊的TC4钛合金表面改性方法，包括以下步骤。
（1）选取表面平整的TC4钛合金试样，进行打磨、抛光；制作成圆片状试样。
（2）将片状银薄片放置于制作好的TC4钛合金基板圆片中心；然后，在高纯氩气的保护气氛下，将其放置于高温加热台上。
（3）控制钎焊温度为910-940℃，形成一种Ag/β-Ti相/TC4三层结构。
本发明所述银薄片的平均直径为1-2mm，厚度为50-100μm。
本发明所述的Ag/β-Ti相/TC4三层结构上层为银膜，中间层为β-Ti相，下层为TC4板。
本发明的原理是：Ag与TC4的相互作用，促进TC4钛合金α-Ti+β-Ti双相组织中的α-Ti相向β-Ti转变，而且由于温度低于TC4完全向β-Ti转变的温度，因此，只有与Ag相互接触发生作用的表层中的α-Ti相才会生成β-Ti相。最终形成上中下三层，上层为银膜，中间层为β-Ti相，下层为TC4板，即Ag/β-Ti相/TC4结构。
与现有的技术相比，本发明形成的β-Ti相，可以提高钛合金的强度和耐磨性，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；基体α-Ti+β-Ti双相组织可以保持钛合金良好的强度和塑韧性；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。
附图说明
图1为本发明钎焊示意图。其中，1为气体连接口，2为在线气阀，3为真空封锁口，4为样品准备台，5为气体净化口，6为进水口，7为出水口，8为真空关闭阀，9为氩气瓶，10为机械泵。
图2为本发明TC4钛合金表面改性后的三层结构示意图。其中，2-1为银膜，2-2为β-Ti相，2-3为TC4板。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1。
采用钎焊方法对TC4钛合金表面改性，具体步骤如下。
选取表面平整的TC4钛合金试样，进行打磨、抛光，制作出尺寸为5mm×5mm×0.5mm的圆片状试样；将直径1mm，厚度为50μm的银薄片放置于制作好的TC4钛合金基板圆片中心；将其放置于高温加热台上，试验在高纯氩气的保护气氛下进行。在实验之前，对加热装置先充高纯氩气充气10min，使气体充满整个腔内，设定试验温度为910℃，随着试验进行，得到最终的铺展样品，采用扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）对钎焊截面进行分析。得到了上中下三层结构，上层为银膜，中层为β-Ti相，下层为TC4板，即Ag/β-Ti相/TC4结构。最终测得银膜的平均厚度约为2μm，β-Ti相的平均厚度约为8μm。形成β-Ti相，可以提高钛合金的强度和耐磨性，通过万能材料试验机测定，强度较未改性的TC4钛合金提高了15.6%，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。
实施例2。
采用钎焊方法对TC4钛合金表面改性，具体步骤如下。
选取直径1.2mm，厚度为60μm的银薄片，设定试验温度为920℃，其他试验条件同实例1。最终也得到了上中下三层结构，上层为银膜，中层为β-Ti相，下层为TC4板，即Ag/β-Ti相/TC4结构。但银膜和β-Ti相的厚度有所不同，测得银膜的平均厚度约为2.5μm，β-Ti相的平均厚度约为10.2μm。相比实例1，银膜和β-Ti相的厚度都增加了，通过万能材料试验机测定，强度较未改性的TC4钛合金提高了16.4%，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。
实施例3。
采用钎焊方法对TC4钛合金表面改性，具体步骤如下。
选取直径1.5mm，厚度为80μm的银薄片，设定试验温度为930℃，其他试验条件同实例1。最终也得到了上中下三层结构，上层为银膜，中层为β-Ti相，下层为TC4板，即Ag/β-Ti相/TC4结构。但银膜和β-Ti相的厚度有所不同，测得银膜的平均厚度约为3.3μm，β-Ti相的平均厚度约为13μm。相比实例1和实例2，银膜和β-Ti相的厚度都增加了，通过万能材料试验机测定，强度较未改性的TC4钛合金提高了17.2%，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。
实施例4。
采用钎焊方法对TC4钛合金表面改性，具体步骤如下。
选取直径2mm，厚度为100μm的银薄片，设定试验温度为940℃，其他试验条件同实例1。最终也得到了上中下三层结构，上层为银膜，中层为β-Ti相，下层为TC4板，即Ag/β-Ti相/TC4结构。但银膜和β-Ti相的厚度有所不同，测得银膜的平均厚度约为4.2μm，β-Ti相的平均厚度约为16.5μm。相比前面的实例，银膜和β-Ti相的厚度都增加了，通过万能材料试验机测定，强度较未改性的TC4钛合金提高了18.4%，提升了合金的综合力学性能；表面形成银膜可以对钛合金表面在摩擦磨损过程中起到润滑作用；整体结构具有很好的综合力学性能，特别是可以作为摩擦磨损复合结构。

Claims (1)

1.一种基于原位钎焊的TC4钛合金表面改性方法，其特征是包括以下步骤：
（1）选取表面平整的TC4钛合金试样，进行打磨、抛光；制作成圆片状试样；
（2）将片状银薄片放置于制作好的TC4钛合金基板圆片中心；然后，在高纯氩气的保护气氛下，将其放置于高温加热台上；
（3）控制钎焊温度为910-940℃，形成Ag/β-Ti相/TC4三层结构；
所述银薄片的平均直径为1.2-2mm，厚度为60-100μm。
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