CN109811296A - 一种纯钛的强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯钛的强化方法，该方法包括以下步骤：一、对纯钛箔材进行表面渗氮处理；二、将多个经表面渗氮处理后的纯钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化钛块。本发明将表面渗氮处理与等离子活化烧结相结合，通过对纯钛箔材进行表面渗氮处理，使纯钛箔材的强度显著提高，然后将多个经表面渗氮处理后的钛箔材进行等离子活化烧结处理，使其转变成具有层状的强化复合结构的强化钛块，进一步提高了强化钛块的强度，避免了表面损坏导致强化钛块的材料性能受到显著的影响。

Description

一种纯钛的强化方法

技术领域

本发明属于钛技术领域，具体涉及一种纯钛的强化方法。

背景技术

相对于传统的钢铁材料，钛及钛合金具有高比强度的优势，这使得钛及钛合金具有广阔的应用前景。钛及钛合金的强度与其内部的组织结构相关，通过调控钛及钛合金内部组织结构有望进一步提高钛及钛合金的强度。软硬相交叠的片层结构是目前人们认识到的一类重要强化结构，如果能够在纯钛中实现软硬相交叠的片层结构，将可能显著提高纯钛的强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种纯钛的强化方法。该方法将表面渗氮处理与等离子活化烧结相结合，通过对纯钛箔材进行表面渗氮处理，使纯钛箔材的强度显著提高，然后将多个经表面渗氮处理后的钛箔材进行等离子活化烧结处理，使其转变成具有层状的强化复合结构的强化钛块，进一步提高了强化钛块的强度，避免了表面损坏导致强化钛块的材料性能受到显著的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纯钛的强化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对纯钛箔材进行表面渗氮处理；

步骤二、将多个步骤一中经表面渗氮处理后的纯钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化钛块。

本发明将渗氮处理与等离子活化烧结相结合，首先通过对纯钛箔材进行表面渗氮处理，使得纯钛箔材表面的氮含量升高，在纯钛箔材表面形成硬化层，得到氮含量高(表面)-氮含量低(中心)-氮含量高(表面)的特殊片层夹心结构，由于纯钛箔材厚度相对钛材块体较小，其中渗氮层的厚度和比例显著增加，表面渗氮后的纯钛箔材的强度显著提高，然后将多个经表面渗氮处理后的钛箔材进行等离子活化烧结处理，使其转变成整体的强化钛块，该强化钛块由多个氮含量高(表面)-氮含量低(中心)-氮含量高(表面)的特殊片层夹心结构组成，相邻的特殊片层夹心结构之间的氮含量高(即强度高)的表面相互叠合，形成层状的强化复合结构，进一步提高了强化钛块的强度。即使强化钛块的表面发生损坏，由于内部强化结构的存在，避免了强化钛块的材料性能受到显著的影响。

渗氮是钛及钛合金的一种常用强化方法，但这种方法只能对材料进行表面处理，仅能提高材料的表面强度，并不能有效改善材料的整体性能。对纯钛箔材进行表面渗氮处理，其渗氮层的厚度和比例显著增加，渗氮后的纯钛箔材的表面形成硬化层，但并不能有效提高纯钛箔材的整体强度，因为一旦硬化层损坏，就会暴露内部氮含量低且强度也较低的中心材料，进而加速渗氮后的纯钛箔材的失效，故渗氮后的纯钛箔材难以获得实际应用。对纯钛块体进行表面渗氮处理，渗氮层的厚度和比例有限，不能显著提高材料的强度性能。而简单地将多个叠放后的纯钛箔材采用等离子活化烧结处理，仅仅是将纯钛箔材转变成钛块，并不能显著有效提高材料的强度性能。本发明通过两种方法的串联技术，既使用渗氮方法增加了材料中渗氮层的厚度有效地提高了材料强度，又通过等离子体烧结获得了整体强化的块体材料，这有助于后续材料的实际应用。

上述的一种纯钛的强化方法，其特征在于，步骤一中所述渗氮处理的具体过程为：将纯钛箔材置于管式炉中，在1000℃～1050℃的条件下渗氮5min～7min。采用上述表面渗氮处理的工艺既可在纯钛箔材表面形成一定厚度的富氮层，又可以使纯钛箔材保持一定的塑性。

上述的一种纯钛的强化方法，其特征在于，步骤二中所述等离子活化烧结处理的温度为1000℃～1050℃，压力为35MPa～40MPa，保温时间为5min～7min。使用该烧结工艺既可以实现多层表面渗氮处理后的纯钛箔材之间的冶金结合，又有效地限制了表面渗氮处理后的纯钛箔材表面层中氮元素的扩散，为实现强化钛块的层状强化复合结构、从而具备优异的力学性能奠定基础。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将表面渗氮处理与等离子活化烧结相结合，首先通过对纯钛箔材进行表面渗氮处理，使纯钛箔材的强度显著提高，然后将多个经表面渗氮处理后的钛箔材进行等离子活化烧结处理，使其转变成具有层状的强化复合结构的强化钛块，进一步提高了强化钛块的强度，避免了表面损坏导致强化钛块的材料性能受到显著的影响。

2、本发明的强化方法简单，强化效果明显，对纯钛的化学成分基本无影响。

3、本发明提出了一种金属材料的强化方法，该强化方法也可用于其他金属材料的强化。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明纯钛的强化方法示意图。

图2是本发明实施例1得到的强化TA1钛块的微观结构图。

图3是本发明对比例1得到的TA1钛块的微观结构图。

图4是本发明实施例1得到的强化TA1钛块与对比例1得到的TA1钛块的拉伸测试结果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明纯钛的强化方法首先对纯钛箔材进行表面渗氮处理，在纯钛箔材表面形成硬化层，得到氮含量高(表面)-氮含量低(中心)-氮含量高(表面)的特殊片层夹心结构，然后将多个经渗氮处理后的钛箔材进行等离子活化烧结处理，得到整体的强化钛块。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将厚度为180μm的TA1钛箔材置于管式炉中，在1000℃的条件下渗氮7min进行表面渗氮处理；

步骤二、将20个步骤一中经表面渗氮处理后的TA1钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化TA1钛块；所述等离子活化烧结处理的温度为1000℃，压强为40MPa，保温时间为7min。

图2是本实施例得到的强化TA1钛块的微观结构图，从图2可以看出，该强化TA1钛块的微观组织中的原始α片层边界处形成白色抗腐蚀的富氮强化的α片层结构，从而形成了强化复合结构。

对比例1

本对比例的具体过程为：将20个厚度为180μm的TA1钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到TA1钛块；所述等离子活化烧结处理的温度为1000℃，压强为40MPa，保温时间为7min。

图3是本对比例得到的TA1钛块的微观结构图，从图3可以看出，该TA1钛块中不同α片层之间仅仅是冶金结合，没有形成强化复合结构。

将图2和图3比较可知，说明本发明的强化方法可形成层状的强化复合结构，从而进一步提高了强化TA1钛块的强度。

图4是本发明实施例1得到的强化TA1钛块与对比例1得到的TA1钛块的拉伸测试结果图，从图4可以看出，本发明实施例1得到的强化TA1钛块的强度较对比例1得到的TA1钛块的强度显著提高，说明本发明的强化方法可提高TA1钛块的强度。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将厚度为180μm的TA1钛箔材置于管式炉中，在1025℃的条件下渗氮6min进行表面渗氮处理；

步骤二、将20个步骤一中经表面渗氮处理后的TA1钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化TA1钛块；所述等离子活化烧结处理的温度为1025℃，压强为37.5MPa，保温时间为6min。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将厚度为180μm的TA2钛箔材置于管式炉中，在1050℃的条件下渗氮5min进行表面渗氮处理；

步骤二、将25个步骤一中经表面渗氮处理后的TA2钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化TA2钛块；所述等离子活化烧结处理的温度为1050℃，压强为35MPa，保温时间为5min。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种纯钛的强化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对纯钛箔材进行表面渗氮处理；

步骤二、将多个步骤一中经表面渗氮处理后的纯钛箔材叠放后，进行等离子活化烧结处理，得到强化钛块。

2.根据权利要求1所述的一种纯钛的强化方法，其特征在于，步骤一中所述表面渗氮处理的具体过程为：将纯钛箔材置于管式炉中，在1000℃～1050℃的条件下渗氮5min～7min。

3.根据权利要求1所述的一种纯钛的强化方法，其特征在于，步骤二中所述等离子活化烧结处理的温度为1000℃～1050℃，压力为35MPa～40MPa，保温时间为5min～7min。