CN109161864B - 一种提高Al2O3陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，包括以下步骤：(1)采用Ni‑Ti合金靶材，利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni‑Ti合金层；所述Ni‑Ti合金层包括Ni‑Ti沉积层及互扩散层；(2)利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入Ti离子；(3)将步骤(1)中制备的Ti6Al4V合金及步骤(2)中经表面处理的Al₂O₃陶瓷，在真空扩散焊设备中实现焊接。本发明利用双辉等离子表面冶金方法和离子注入方法处理后，可直接实现Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的真空扩散焊接，此方法效率高，可大幅度提高真空扩散焊在Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接工艺中的应用。

Description

一种提高Al2O3陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料焊接技术，特别涉及一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法。

背景技术

Ti6Al4V合金因具有比强度高，耐蚀、耐热性能优异等特点，而被广泛用作航空、航天、能源、化工及国防装备等行业中的重要结构材料。然而，由于Ti6Al4V合金摩擦系数高、室温及高温耐磨性差，高温抗氧化性能低等缺点，限制了其作为工业重要结构材料的应用。通过改进Ti6Al4V合金的熔炼技术和化学组成来进一步提高其使用性能又存在一定的困难。Al₂O₃陶瓷是现生产量最大、应用最广的陶瓷材料，具有高硬度，优良的耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能等优良性能，被广泛应用于航空、航天等领域。然而，Al₂O₃陶瓷加工性能差，延展性和冲击韧性低，脆性大，限制了Al₂O₃陶瓷在各行业的应用。将Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金连接起来，实现Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金性能上的互补，以期获得兼具陶瓷和Ti6Al4V合金各自优异性能的陶瓷-金属复合构件。但是，由于Ti6Al4V合金与Al₂O₃陶瓷之间弹性模量和热膨胀系数的不同导致的界面应力突变和残余应力问题。焊接后陶瓷-Ti6Al4V合金界面能否形成强化学结合、物理结合或冶金结合，保证接头的可靠性。如何保证Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的焊接强度成为限制二者焊接的关键问题。

为了适应异种材料焊接，近年来作为固相焊接方法之一的扩散焊接技术引起了人们的重视，成为焊接领域的研究热点，正在飞速发展。真空扩散焊是在一定的真空条件下，使平整光滑的焊接表面在温度和压力的同时作用下，发生微观塑性流变后相互紧密接触，原子互相扩散，经一定时间保温，使焊接区的成分、组织均匀化，达到完全的冶金连接过程。真空扩散焊作为一种先进的焊接方法，适用于各种陶瓷与各种金属的连接。其显著特点是接头质量稳定，连接强度高。对于Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的真空扩散焊接仍存在一些需要解决的问题。Al₂O₃陶瓷晶体的强大键能使元素扩散特别困难。 Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的热膨胀系数相差较大，导致接头产生很大热应力，易在陶瓷侧产生裂纹。焊接后陶瓷-Ti6Al4V合金界面能否形成强化学结合、物理结合或冶金结合，保证接头的可靠性。上述问题制约着真空扩散焊在陶瓷与Ti6Al4V合金焊接中的应用。在陶瓷与金属的扩散焊接中，为缓解因陶瓷与金属的热膨胀系数不同而引起的残余应力以及控制界面反应，抑制或改变界面反应产物以提高接头性能，常在陶瓷与金属之间采用中间层。2007年2月出版的《钢铁研究学报》，第19卷第2期中“金属与陶瓷连接用中间层材料”一文中概述了金属与陶瓷钎焊、扩散焊与部分瞬时液相连接采用的中间层的研究现状。然而，Al₂O₃陶瓷与金属扩散焊接过程中中间层的选择以及中间层能否使Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金实现良好的焊接，给实际生产带来很大困难。

“双辉等离子表面冶金方法”可以在较低温度下(与传统扩散涂层工艺比较)，快速制备与基体冶金结合的功能性涂层。图1为双辉等离子表面冶金装置的原理图：包括阳极(1)、源极(2)、腔室(3)、靶材(4)、基体(5)及阴极(6)；双辉等离子表面冶金的原理为：在一密封容器内,设置阳极(金属外罩)、源极(靶材)、阴极(被处理工件)。在阳极、阴极间及阳极、源极间分别外接一个直流可调压电源。当炉内抽真空达一定值后,通入氩气，先接通阴极(工件)电源，加一定电压，清洁工件表面，再通上源极电源，则在阳极与阴极间、阳极与源极间分别出现辉光放电现象,称为双层辉光放电。利用源极辉光溅射,将其中原子或离子轰击出来，并高速飞向阴极(工件)表面。同时利用阳极与阴极间的辉光放电,使工件加热、吸收扩散活性金属原子(离子)，从而使工件表面形成一个含有靶材元素成分的合金层。

离子注入方法是近年来发展迅速的重要表面改性技术，该技术将靶材的原子电离，在几十至几百千伏的高压加速场下加速，获得较高的动能，直接注入到基体材料表面。在高能离子束的作用下，被轰击的表面或界面区在较低的温度条件下发生一系列的物理、化学、显微结构以及应力状态的变化。离子注入方法通过非平衡态材料辐照损伤和化学效应等途径以一种可控的方式改变陶瓷组成和微观结构，提高陶瓷材料的韧性、膜基粘结能力及其他特殊表面性能。

发明内容

发明目的：针对Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接困难的问题，本发明以双辉等离子表面冶金方法和离子注入方法为手段，提供了一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，可实现Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的真空扩散焊接，大幅度提高真空扩散焊在Al₂O₃陶瓷/Ti6Al4V合金焊接工艺中的应用。

技术方案：本发明所述的一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，包括以下步骤：(1)采用Ni-Ti合金靶材，利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V 合金表面制备Ni-Ti合金层；所述Ni-Ti合金层包括Ni-Ti沉积层及互扩散层；(2)利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入Ti离子；(3)将步骤(1)中制备的Ti6Al4V合金及步骤(2)中经表面处理的Al₂O₃陶瓷，在真空扩散焊设备中实现焊接。

本发明利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti合金层，并利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入Ti离子，Ti6Al4V合金和Al₂O₃陶瓷表面处理后，利用真空扩散焊技术实现Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的焊接，可有效解决Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接困难的问题。

本发明利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti合金层主要分为Ni-Ti沉积层、Ni-Ti-Al扩散层。Ni-Ti合金层与基体呈冶金结合，这大大提高了Ni-Ti合金层与Ti6Al4V合金基体的结合强度。Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层中Ni元素含量较多，合金层弹性模量低，可通过本身塑性变形缓解焊接过程中产生的应力，减少焊接过程中裂纹的产生，有利于提高焊接强度。Ni-Ti合金层中Ti元素向Al₂O₃陶瓷内扩散，与Al₂O₃陶瓷中的O结合形成TiO和Ti₂O，Al₂O₃陶瓷/Ti6Al4V合金界面表现为机械镶嵌结合与化学键结合的共同作用，提高了界面强度。

本发明中的Al₂O₃陶瓷经过离子注入方法处理后，Al₂O₃陶瓷表面产生残余压应力，可有效抑制裂纹的萌生与扩展，提高其断裂韧性。Al₂O₃陶瓷表面注入活性元素Ti后， Ti与Al₂O₃陶瓷中的O反应，在Al₂O₃陶瓷表面产生陶瓷与金属的复合物，增加与 Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的润湿性，同时可在Al₂O₃陶瓷表面产生位错和空位，有利于扩散焊接过程中合金层与Al₂O₃陶瓷之间元素互扩散。

进一步地，步骤(1)中，所述Ni-Ti合金靶材中，Ni为70-80wt％，Ti为20-30wt％。

步骤(1)中，所述Ni-Ti合金层中的Ni-Ti沉积层厚度为15-20μm；所述Ni-Ti合金层中的互扩散层厚度为5-7μm。

如果Ni-Ti合金层厚度高于该范围，易造成Ni-Ti合金层与Ti6Al4V合金结合力下降，降低Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接强度。如果Ni-Ti合金层厚度低于该范围，同样会降低Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接强度。

所述Ni-Ti合金层中的Ti、Ni元素浓度由Ni-Ti合金层向Ti6Al4V合金基体内扩散。Ti6Al4V合金中的Ti、Al元素浓度由Ti6Al4V合金基体向Ni-Ti合金层内扩散。元素的相互扩散，使得合金层与基体呈冶金结合，结合强度高。进一步地，步骤(2)中，所述Ti离子的注入剂量为1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²。

进一步地，步骤(2)中，所述Al₂O₃陶瓷的表面粗糙度低于0.1μm。

进一步地，步骤(1)中，所述双辉等离子表面冶金方法为：(2a)将Ti6Al4V合金和Ni-Ti靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti 靶材为源极；(2b)抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗Ni-Ti靶材，清洗Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层；(2c)Ni-Ti靶材及Ti6Al4V合金表面清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：800-950V；

工件电压：400-500V；

氩气气压：30-45Pa；

靶材与工件间距：15-25mm；

保温时间：3-4h；

(2d)停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备。

上述步骤(2b)中，所述清洗Ni-Ti合金靶材为低温轰击靶材，等离子清洗25-35min，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：600-800V；

工件电压：0V；

氩气气压：20-25Pa；

靶材与工件间距：15-25mm；

清洗时间：25-35min。

上述步骤(2b)中，所述清洗Ti6Al4V合金为将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V 合金，等离子清洗25-35min，去除Ti6Al4V合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：0V；

工件电压：400-500V；

氩气气压：20～25Pa；

靶材与工件间距：15～25mm；

清洗时间：25-35min。

进一步地，步骤(2)中，所述离子注入方法为：(3a)Al₂O₃陶瓷打磨抛光至表面粗糙度低于0.1μm，清洗干净后，将Al₂O₃陶瓷放入离子注入设备腔室中，并抽本底真空低于10^{- 3}Pa，启动离子注入设备离子源控制柜，升电弧电压至50-80V，预热，开频率控制开关，调节触发频率至7-12Hz，待起弧后，调节抑制电压至0.5-1kV，引出电压至 45-100kV，通过控制触发频率、电弧电压、抑制电压和引出电压，将抑制电流调至 0.5-2mA，引出电流调至1～6mA，注入时间为0.5-6小时，注入剂量为 1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²；(3b)待Al₂O₃陶瓷温度随炉冷却至室温后取出试样，试样即可在真空扩散焊设备中与Ti6Al4V合金实现扩散焊接。

本发明利用双辉等离子表面冶金方法和离子注入方法处理后，可直接实现Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金的真空扩散焊接，此方法效率高，可大幅度提高真空扩散焊在Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接工艺中的应用。

有益效果：(1)本发明利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti 合金层，Ni-Ti合金层由Ni-Ti沉积层和Ni-Ti-Al互扩散层组成，Ni-Ti合金层与Ti6Al4V合金基体呈冶金结合，结合强度高；(2)本发明利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入 Ti离子，Ti与Al₂O₃陶瓷中的O反应，在Al₂O₃陶瓷表面产生陶瓷与金属的复合物，增加与Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的润湿性，从而有利于扩散焊接过程中合金层与 Al₂O₃陶瓷之间元素互扩散，同时离子注入后，在Al₂O₃陶瓷表面产生位错和空位，这也有利于扩散焊接过程中合金层与Al₂O₃陶瓷之间元素互扩散；(3)本发明的陶瓷表面经离子注入处理后，Al₂O₃陶瓷表面产生残余压应力，可有效抑制裂纹的萌生与扩展，提高其断裂韧性；(4)本发明利用双辉等离子表面冶金方法和离子注入方法处理 Ti6Al4V合金表面及Al₂O₃陶瓷后，可直接在真空扩散焊设备实现焊接，Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层中Ni元素含量较多，合金层弹性模量低，可通过本身塑性变形缓解焊接过程中产生的应力，减少焊接过程中裂纹的产生，有利于提高焊接强度；焊接过程中 Ni-Ti合金层与Al₂O₃陶瓷发生界面反应，金属表面Ni-Ti合金层中主要是Ti向Al₂O₃陶瓷内扩散，与Al₂O₃陶瓷中的O结合形成TiO和Ti₂O，Al₂O₃陶瓷/Ti6Al4V合金界面表现为机械镶嵌结合与化学键结合的共同作用，提高了焊接强度；(5)本发明的Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接后拉伸强度可达到650-850MPa，焊接质量良好；(6)本发明将双辉等离子表面冶金方法、离子注入方法与Al₂O₃陶瓷/Ti6Al4V合金扩散焊接结合在一起，有效解决了Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接困难的问题。

附图说明

图1为本发明双辉等离子表面冶金方法采用的设备结构示意图。

图2本发明实施例2中Ni-Ti合金层截面SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。但对于本领域技术人员来说，完全可以在具体实施方式所列数值的基础上进行合理概括和推导。

一、原料及设备

Ni-Ti合金靶材为现有材料，本实施例中来源于北京荣露金属材料有限公司；

Ti靶材为现有材料，本实施例中来源于深圳市摩根溅射靶材科技有限公司；

Ti6Al4V合金为现有材料，本实施例中来源于北京荣露金属材料有限公司。

二、样品制备

实施例1：准备焊接所用的材料，按照以下步骤处理：

(1)将Ti6Al4V合金和Ni-Ti合金靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti合金靶(Ni占70wt％，Ti占30wt％)为源极；

(2)抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗靶材及Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层，其步骤如下：

(2a)低温轰击靶材(等离子清洗)30min，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：650V；

工件电压：0V；

氩气气压：20Pa；

靶材与工件间距：20mm；

清洗时间：30min；

(2b)将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V合金(等离子清洗)30min，去除Ti6Al4V 合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：0V；

工件电压：400V；

氩气气压：20Pa；

靶材与工件间距：20mm；

清洗时间：30min；

(2c)靶材及Ti6Al4V合金清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：850V；

工件电压：400V；

氩气气压：30Pa；

靶材与工件间距：20mm；

保温时间：3h；

(2d)停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备，本实施例中制备的Ni-Ti合金层形貌与实施例2相似，本实施例中Ni-Ti合金层中的Ni-Ti沉积层的厚度为16μm，Ni-Ti合金层中的扩散层厚度为5μm。

(3)Al₂O₃陶瓷打磨抛光表面粗糙度低于0.1μm，清洗干净后，Al₂O₃陶瓷放入离子注入设备腔室中，并抽本底真空至9.0×10^-4Pa，启动离子注入离子源控制柜，升电弧电压至60V，预热5分钟。开频率控制开关，调节触发频率至8Hz，起弧后，调节抑制电压至0.6kV，引出电压至45kV，抑制电流为1mA，引出电流为2mA，注入时间为2小时，注入离子剂量为3.42×10¹⁶ions/cm²，工作状态下离子注入设备腔室内真空度为 2.8×10^-4Pa。

(4)注入结束后，待Al₂O₃陶瓷温度随炉冷却至室温后取出试样，将Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金用夹具装配好即可开始焊接。

(5)通过拉伸试验机测得Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接后拉伸强度为768MPa，焊接质量良好。

实施例2：准备焊接所用的材料，按照以下步骤处理：

(1)将Ti6Al4V合金和Ni-Ti合金靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti合金靶(Ni占70wt％，Ti占30wt％)为源极；

(2)抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗靶材及Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层，其步骤如下：

(2a)低温轰击靶材(等离子清洗)30分钟，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：750V；

工件电压：0V；

氩气气压：25Pa；

靶材与工件间距：15mm；

清洗时间：30min；

(2b)将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V合金(等离子清洗)30分钟，去除Ti6Al4V合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：0V；

工件电压：450V；

氩气气压：35Pa；

靶材与工件间距：15mm；

清洗时间：30min；

(2c)靶材及Ti6Al4V合金清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：950V；

工件电压：450V；

氩气气压：35Pa；

靶材与工件间距：15mm；

保温时间：4h；

(2d)停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备，如图2所示，本实施例中Ni-Ti合金层中的Ni-Ti沉积层的厚度为19μm，Ni-Ti合金层中的扩散层厚度为6μm。

(3)将Al₂O₃陶瓷放入真空室中，并抽本底真空至9.0×10^-4Pa，启动离子注入离子源控制柜，升电弧电压至80V，预热5分钟。开频率控制开关，调节触发频率至7Hz，起弧后，调节抑制电压至0.7kV，引出电压至75kV。抑制电流为1mA，引出电流为3mA，注入时间为2小时，注入离子剂量为2.7×10¹⁷ions/cm²，工作状态下离子注入设备腔室内真空度为2.8×10^{- 4}Pa。

(4)注入结束后，待Al₂O₃陶瓷温度随炉冷却至室温后取出试样，将Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金用夹具装配好即可开始焊接。

(5)通过拉伸试验机测得Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接后拉伸强度为869MPa，焊接质量良好。

对比例1：将未经过离子注入处理的Al₂O₃陶瓷与未经过双辉等离子表面冶金方法处理的Ti6Al4V合金用夹具装配好进行真空扩散焊接。焊接强度测试结果显示，未经处理的试样焊接强度非常低，徒手可使其分离。

对比例2：将未经过离子注入处理的Al₂O₃陶瓷与经过双辉等离子表面冶金方法处理后的Ti6Al4V合金用夹具装配好进行真空扩散焊接，测试焊接强度。

(1)将Ti6Al4V合金和Ni-Ti合金靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti合金靶(Ni占70wt％，Ti占30wt％)为源极；

(2)抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗靶材及Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层，其步骤如下：

(2a)低温轰击靶材(等离子清洗)30min，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：650V；

工件电压：0V；

氩气气压：20Pa；

靶材与工件间距：15mm；

清洗时间：30min；

(2b)将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V合金(等离子清洗)30min，去除Ti6Al4V合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压：0V；

工件电压：400V；

氩气气压：20Pa；

靶材与工件间距：15mm；

清洗时间：30min；

(2c)靶材及Ti6Al4V合金清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：850V；

工件电压：400V；

氩气气压：30Pa；

靶材与工件间距：15mm；

保温时间：3h；

(2d)停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备。

Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备完成后与未经离子注入处理的Al₂O₃陶瓷进行真空扩散焊接。焊接强度测试结果显示，与对比例1相比，对比例2中Ti6Al4V合金与Al₂O₃陶瓷的焊接强度得到提高，为459MPa，但是，仅经过双辉等离子表面冶金方法处理后，Ti6Al4V合金与Al₂O₃陶瓷的焊接强度仍比较低，仅为实施例1的59.77％。

Claims (6)

1.一种提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，包括以下步骤：

（1）采用Ni-Ti合金靶材，利用双辉等离子表面冶金方法在Ti6Al4V合金表面制备Ni-Ti合金层；所述Ni-Ti合金层包括Ni-Ti沉积层及互扩散层；所述Ni-Ti合金靶材中，Ni为70-80wt％，Ti为20-30wt％；所述Ni-Ti合金层中的Ni-Ti沉积层厚度为15-20μm；所述Ni-Ti合金层中的互扩散层厚度为5-7μm；所述Ni-Ti合金层中Ti、Ni元素浓度由Ni-Ti合金层向Ti6Al4V合金基体内扩散；所述Ti6Al4V合金中的Ti、Al元素浓度由Ti6Al4V合金基体向Ni-Ti合金层内扩散；

（2）利用离子注入方法在Al₂O₃陶瓷表面注入Ti离子；所述Ti离子的注入剂量为1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²；

（3）将步骤（1）中制备的Ti6Al4V合金及步骤（2）中经表面处理的Al₂O₃陶瓷，在真空扩散焊设备中实现焊接。

2.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2）中，所述Al₂O₃陶瓷的表面粗糙度低于0.1μm。

3.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（1）中，所述双辉等离子表面冶金方法为：

（2a）将Ti6Al4V合金和Ni-Ti靶材装入双辉等离子表面合金化装置中，以Ti6Al4V合金为工件极，以Ni-Ti靶材为源极；

（2b）抽真空至极限真空度，送入氩气，启动辉光，首先清洗Ni-Ti靶材，清洗Ti6Al4V合金，清洗结束后制备Ni-Ti合金层；

（2c）Ni-Ti靶材及Ti6Al4V合金表面清洗结束后，开始制备Ni-Ti合金层，工艺参数如下：

靶材电压：800-950 V；

工件电压：400-500 V；

氩气气压：30-45 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

保温时间：3-4h；

（2d）停止辉光，断电，完成Ti6Al4V合金表面Ni-Ti合金层的制备。

4.根据权利要求3所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2b）中，所述清洗Ni-Ti合金靶材为低温轰击靶材，等离子清洗25-35min，去除靶材表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压： 600-800 V；

工件电压： 0 V；

氩气气压： 20-25 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

清洗时间：25-35 min。

5.根据权利要求3所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2b）中，所述清洗Ti6Al4V合金为：将靶材电压调零，继续低温轰击Ti6Al4V合金，等离子清洗25-35min，去除Ti6Al4V合金表面氧化皮及杂质，工艺参数如下：

靶材电压： 0 V；

工件电压： 400-500 V；

氩气气压： 20-25 Pa；

靶材与工件间距：15-25 mm；

清洗时间：25-35min。

6.根据权利要求1所述的提高Al₂O₃陶瓷与Ti6Al4V合金焊接性能的表面处理方法，其特征在于步骤（2）中，所述离子注入方法为：

（3a）Al₂O₃陶瓷打磨抛光至表面粗糙度低于0.1μm，清洗干净后，将Al₂O₃陶瓷放入离子注入设备腔室中，并抽本底真空低于10^-3Pa，启动离子注入设备离子源控制柜，升电弧电压至50-80V，预热，开频率控制开关，调节触发频率至7-12Hz，待起弧后，调节抑制电压至0.5-1kV，引出电压至45-100kV，通过控制触发频率、电弧电压、抑制电压和引出电压，将抑制电流调至0.5~2mA，引出电流调至1-6mA，注入时间为0.5-6小时，注入剂量为1×10¹⁵-5×10¹⁷ions/cm²；

（3b）待Al₂O₃陶瓷温度随炉冷却至室温后取出试样，试样即可在真空扩散焊设备中与Ti6Al4V合金实现扩散焊接。