CN109648166B - 一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制备钛合金涂层技术领域，具体为一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，适用于大厚度增加钛合金表面硬度涂层。首先采用丙酮将钛合金表面进行清洗，并吹干；其次将钛合金粉末逐层均匀铺在清洗的钛合金表面，每层厚度为0.2～0.4mm，每铺一层按压一层；最后将钛合金工件放入真空钎焊炉内焊接。本发明提供的方法具有装配要求低，焊接厚度大，工件变形小，接头性能好，焊接质量高，易于实现等特点。本发明的焊接方法可有效对钛合金表面进行大厚度表面强化处理，提高焊接的厚度和硬度，达到或接近钛合金本体的耐蚀性，接近钛合金本体比重。从而，解决现有技术中存在钛合金涂层薄，抗冲击能力差，与基体结合不好等缺点。

Description

一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法
技术领域
本发明属于制备钛合金涂层技术领域，具体为一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法。
背景技术
钛合金具是继钢、镁、铝之后发展的一种应用广泛新型材料，具有比强度高，耐腐蚀性能、高温性能、抗疲劳性能和蠕变性能好等特点，在航天、医疗、化工等领域有广泛应用。传统涂层一般采用热喷涂方法，将涂层材料研磨成粉末后，加热成熔融或半熔融状态，经气体加速喷涂在零件上。钛及钛合金化学性质活泼，通过对其添加涂层可以提高其综合性能，并延长器件的使用寿命。然而，钛合金在高温下对氧、氮和氢亲和力强。采用传统喷涂方法对钛合金制备大厚度涂层时，残余应力大，易形成气孔、微裂纹等缺陷，且工序繁琐。目前普遍存在钛合金涂层薄，抗冲击能力差，与基体结合不好等缺点，有关钛及钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，解决现有技术中存在钛合金涂层薄，抗冲击能力差，与基体结合不好等缺点，适用于大厚度增加钛合金表面硬度涂层。
本发明的技术方案是：
一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：制备多元钛合金粉末，采用分析天平，将纯钛粉、纯铜粉、纯镍粉按照不同的重量比称量，精确到0.0001g，放置在清洗干净球磨罐中，球磨罐先采用超声波清洗、再用丙酮擦拭并烘干，混粉2～3h，多元合金粉末混合物组分组成有：Cu、Ni、Ti，不同含量的合金粉末制备硬度不同涂层，根据硬度不同对合金粉末进行配置；
步骤二：钛合金工件表面首先进行喷砂处理，其次用手柄将其表面打磨，最后采用氢氟酸与硝酸配置的混合液进行酸洗，酸洗后用大量水清洗并吹干；
步骤三：将步骤一制备的钛合金混合粉逐层均匀平铺在清洗后钛合金表面，每层厚度为0.2～0.4mm，每铺一层轻轻按压一层直至总厚度为1～3mm；
步骤四：将放置好涂层的钛合金工件放入真空钎焊炉进行焊接，焊接规范设置：以6～8℃/min升温至920～940℃，保温80～100min，随炉冷，冷却至40℃以下出炉，加热过程中真空压力小于10-2Pa。
所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，步骤一中，按重量份数计，纯钛粉20～50份，纯铜粉10～50份，纯镍粉0～30份。
所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，步骤一中，优选的，按重量份数计，纯钛粉25～50份，纯铜粉10～30份，纯镍粉20～30份。
所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，步骤二中，按体积百分比计，氢氟酸与硝酸配置的混合液组成为：氢氟酸1～3％，硝酸18～22％，余量为水。
所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，步骤四中，真空压力范围为10-2～10-3Pa。
所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，步骤四中，优选的焊接规范设置：以7℃/min升温至930℃，保温90min，随炉冷，冷却至40℃以下出炉。
本发明的设计原理和思想是：
钛及钛合金化学性质活泼，通过对其添加涂层可以提高其综合性能，并延长器件的使用寿命。钛合金在高温下对氧、氮和氢亲和力强，故采用真空炉进行制备钛合金涂层，能有效的预防钛合金与其他杂质反应。采用传统喷涂方法对钛合金制备大厚度涂层时，残余应力大，易形成气孔、微裂纹等缺陷，且工序繁琐。粉末冶金具有独特的化学组成、机械、物理性能，可以直接制成成品，易于实现等特点。并且，采用钛合金粉末制备涂层，可以通过调节合金元素的成分和比例，制作硬度有区别的涂层，以便满足人们对不同硬度的需求。钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀性好等特点，通过多元钛合金粉末制备的钛合金涂层，也将具备优异的物理化学性能。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明原料为钛合金多元合金粉末，钛合金多元合金粉末组分组成有：Cu、Ni、Ti，该方法具有装配要求低，焊接厚度大，工件变形小，接头性能好，焊接质量高，易于实现等特点。
2、本发明的焊接方法可有效对钛合金表面进行大厚度表面强化处理，提高焊接的厚度和硬度，达到或接近钛合金本体的耐蚀性，接近钛合金本体比重。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的描述，以便本领域的技术人员进一步理解本发明，但下述实例并非是对本发明保护范围的限定。
在具体实施过程中，本发明钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，设计钛合金大厚度高硬度涂层的控制步骤：
步骤一：制备多元合金粉末，采用分析天平，将纯钛粉、纯铜粉、纯镍粉按照不同的重量比称量，精确到0.0001g，放置在清洗干净球磨罐中，球磨罐先用超声波清洗再用丙酮擦拭并烘干，混粉2～3h，多元钛合金粉末原料混合物由以下组分组成：Cu、Ni、Ti。按重量份数计，根据成分不同配置多元合金粉JYJ1(Cu:25～50份，Ni:大于0～10份，Ti:25～50份)，JYJ2(Cu:10～25份，Ni:5～15份，Ti:20～50份)，JYJ3(Cu:10～20份，Ni:20～30份，Ti:25～50份)。
步骤二：钛合金工件表面首先进行喷砂处理，然后用手柄将其表面打磨，最后采用氢氟酸与硝酸配置的混合液进行酸洗，酸洗后用大量水清洗并吹干。
步骤三：将步骤一制备的钛合金混合粉逐层均匀平铺在清洗后钛合金表面，每层厚度为0.2～0.4mm，每铺一层轻轻按压一层直至总厚度约为2mm；
步骤四：将放置好涂层的钛合金工件放入真空钎焊炉焊接，焊接规范设置：以7℃/min升温至930℃，保温90min，随炉冷，冷却至40℃以下出炉，加热过程中真空压力不大于10-2Pa。
实施例通过对多元合金粉末JYJ1(Cu:25～50份，Ni:大于0～10份，Ti:25～50份)，JYJ2(Cu:10～25份，Ni:5～15份，Ti:20～50份)，JYJ3(Cu:10～20份，Ni:20～30份，Ti:25～50份)，进行涂层硬度测试，采用维氏硬度计对涂层进行硬度测试，多元合金粉JYJ1、JYJ2、JYJ3制备的涂层硬度值HV约为511、572、682。通过力学性能测试，多元合金粉末JYJ1、JYJ2、JYJ3的抗拉强度值在1000MPa左右。
采用重量法进行腐蚀实验，在20wt％盐酸溶液，水浴温度50℃，浸泡5小时，多元合金粉JYJ1、JYJ2、JYJ3和基材制备的涂层腐蚀率分别为2.60×10-5g/(mm2·h)、2.01×10-5g/(mm2·h)、1.27×10-5g/(mm2·h)、1.01×10-5g/(mm2·h)涂层腐蚀速率与基材腐蚀速率接近，这表明涂层具有较高的耐蚀性。

Claims (3)

1.一种钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：制备多元钛合金粉末，采用分析天平，将纯钛粉、纯铜粉、纯镍粉按照不同的重量比称量，精确到0.0001g，放置在清洗干净球磨罐中，球磨罐先采用超声波清洗、再用丙酮擦拭并烘干，混粉2～3h，多元合金粉末混合物组分组成有：Cu、Ni、Ti，不同含量的合金粉末制备硬度不同涂层，根据硬度不同对合金粉末进行配置；
步骤二：钛合金工件表面首先进行喷砂处理，其次用手柄将其表面打磨，最后采用氢氟酸与硝酸配置的混合液进行酸洗，酸洗后用大量水清洗并吹干；
步骤三：将步骤一制备的钛合金混合粉逐层均匀平铺在清洗后钛合金表面，每层厚度为0.2～0.4mm，每铺一层轻轻按压一层直至总厚度为1～3mm；
步骤四：将放置好涂层的钛合金工件放入真空钎焊炉进行焊接，焊接规范设置：以6～8℃/min升温至920～940℃，保温80～100min，随炉冷，冷却至40℃以下出炉，加热过程中真空压力不大于10-2Pa；
步骤一中，按重量份数计，纯钛粉25～50份，纯铜粉10～30份，纯镍粉20～30份；
步骤二中，按体积百分比计，氢氟酸与硝酸配置的混合液组成为：氢氟酸1～3%，硝酸18～22%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中，真空压力范围为10-2～10-3Pa。
3.根据权利要求1所述的钛合金大厚度高硬度涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中，焊接规范设置：以7℃/min升温至930℃，保温90min，随炉冷，冷却至40℃以下出炉。
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