CN110512170A - 一种钛合金渗硼方法 - Google Patents

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蒋永锋
包晔峰
陈秉岩
杨可
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    • 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
    • C23C8/40—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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/42—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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied

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Abstract

本发明公开了一种钛合金渗硼方法，属于表面处理技术领域，包括以下步骤：制备处理液；进行第一次微弧等离子体处理；以第一次微弧等离子体处理完成的钛合金为阴极进行第二次微弧等离子体处理。本发明可有效增加渗硼层厚度。

Description

一种钛合金渗硼方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金渗硼方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
钛合金具有比强度高，耐蚀性好等优点，然而其表面硬度低，在航空航天、海洋装备等领域的应用受到限制。因此现有技术大多对钛合金进行表面处理以提高其表面硬度。常用的表面处理工艺包括化学热处理、磁控溅射和热喷涂等。而化学热处理通常在按一定比例配置的渗硼剂和渗硼催化剂等中进行，生产环境恶劣，易对环境造成污染。同时现有技术中存在处理时间长，渗硼层厚度不够，需要后续加工，成本较高等缺陷。
发明内容
本发明是提供一种钛合金渗硼方法，可有效增加渗硼层厚度。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钛合金渗硼方法，包括以下步骤：制备处理液；进行第一次微弧等离子体处理；以第一次微弧等离子体处理完成的钛合金为阴极进行第二次微弧等离子体处理。
进一步地，所述第二次微弧等离子体处理的阳极为石墨。
进一步地，所述第一次微弧等离子体处理和第二次微弧等离子体处理中脉冲电压的脉宽为10～100ns，所述脉冲电压的幅值为500~1500V。
进一步地，所述第一次微弧等离子体处理中脉冲电压施加的时间为3-5秒。
进一步地，所述第二次微弧等离子体处理中 脉冲电压施加的时间为3-10分钟。
进一步地，所述第一次微弧等离子体处理以钛合金为阳极，石墨为阴极。
进一步地，所述制备处理液包括以下步骤：依次将十六烷基三甲基溴化铵或四甲基氢氧化铵，丙三醇或三乙醇胺溶解于去离子水中，再加入硼盐和强碱，形成处理液；所述十六烷基三甲基溴化铵或四甲基氢氧化铵重量为2~3份，所述丙三醇或三乙醇胺重量为20~40份，所述硼盐重量为20~30份，所述强碱重量为10-15份
进一步地，所述硼盐为氟硼酸镍或氟硼酸钛。
进一步地，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
本发明对钛合金表面进行两次微弧等离子体处理，第一次微弧等离子体处理以钛合金为阳极，第二次微弧等离子体处理以钛合金为阴极，第一次微弧等离子体处理是在钛合金表面短时间内微等离子体作用下形成各种缺陷并活化微观表面，有利于第二次微弧等离子体处理时硼活性粒子在表面的吸附和扩散。活化表面容易吸附活性硼粒子，各种缺陷有利于硼粒子沿着其扩散，形成硼钛化合物和硼强化层。采用本发明方法制得的渗硼层厚度相对普通的固体渗硼层显著提高。
附图说明
图1为本发明中的钛合金表面渗层外观图；
图2为本发明中的钛合金表面渗层结构图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
实施例1
首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，依次溶解200g十六烷基三甲基溴化铵和4000g三乙醇胺，等槽中试剂全部溶解之后，将3000g氟硼酸钛、4000g氢氧化钠在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L，得到氧化电解液，将钛合金Ti-6Al-4V放入配制的氧化电解液中进行第一次微弧等离子体处理。第一次微弧等离子体处理以Ti-6Al-4V为阳极，石墨为阴极。第一次微弧等离子体处理和第二次微弧等离子体处理的脉冲电压脉宽均为10ns，脉冲电压幅值为800V。施加脉冲电压3秒后，将Ti-6Al-4V取出，进行第二次微弧等离子体处理。第二次微弧等离子体处理以Ti-6Al-4V为阴极，石墨为阳极，并施加脉冲电压10分钟，在Ti-6Al-4V表面制备渗层。Ti-6Al-4V表面制备渗层厚度达20微米，现有中在Ti-6Al-4V表面制备渗层厚度一般为5-10微米。
实施例2
首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，依次溶解的300g四甲基氢氧化铵、2000g三乙醇胺，等槽中试剂全部溶解之后，将2000g氟硼酸镍、1500g氢氧化钾在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L得到氧化电解液。将钛合金Ti-2Al-2.5Zr放入配制好的氧化电解液中进行第一次微弧等离子体处理。第一次微弧等离子体处理以Ti-2Al-2.5Zr合金为阳极，石墨为阴极。第一次微弧等离子体处理和第二次微弧等离子体处理的脉冲电压的脉宽均为为100 ns，脉冲电压幅值为1000V。施加脉冲电压3秒后，将Ti-2Al-2.5Zr取出，进行第二次微弧等离子体处理。第二次微弧等离子体处理以Ti-2Al-2.5Zr为阴极，石墨为阳极，并施加脉冲电压10分钟，在Ti-2Al-2.5Zr表面制备渗层。Ti-2Al-2.5Zr表面制备渗层厚度达27微米，现有中Ti-2Al-2.5Zr表面制备渗层厚度一般为2-5微米。
实施例3
首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，依次溶解150g十六烷基三甲基溴化铵、3000g丙三醇，等槽中试剂全部溶解之后，将2500g氟硼酸镍、1200g氢氧化钠在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L得到氧化电解液，将Ti3Al放入配制的溶液中进行第一次微弧等离子体处理。第一次微弧等离子体处理以Ti3Al为阳极，石墨为阴极，纳秒脉冲脉宽为50 ns，脉冲电压幅值为1500V，即把Ti3Al置入溶液中，正向施加纳秒脉冲电压5秒后取出，进行第二次微弧等离子体处理。第二次微弧等离子体处理以Ti3Al为阴极，石墨为阳极，并施加脉冲电压8分钟，在Ti3Al表面制备渗硼层厚度可达18微米，现有中Ti3Al表面制备渗层厚度一般为1-3微米。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种钛合金渗硼方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备处理液；进行第一次微弧等离子体处理；以第一次微弧等离子体处理完成的钛合金为阴极进行第二次微弧等离子体处理。
2.根据权利要求1所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述第二次微弧等离子体处理的阳极为石墨。
3.根据权利要求1所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述第一次微弧等离子体处理和第二次微弧等离子体处理中脉冲电压的脉宽为10～100ns，所述脉冲电压的幅值为500~1500V。
4.根据权利要求3所述钛合金渗硼方法，其特征在于： 所述第一次微弧等离子体处理中脉冲电压施加的时间为3-5秒。
5.根据权利要求3所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述第二次微弧等离子体处理中脉冲电压施加的时间为3-10分钟。
6.根据权利要求1所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述第一次微弧等离子体处理以钛合金为阳极，石墨为阴极。
7.根据权利要求1所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述制备处理液包括以下步骤：
依次将十六烷基三甲基溴化铵或四甲基氢氧化铵，丙三醇或三乙醇胺溶解于去离子水中，再加入硼盐和强碱，形成处理液；所述十六烷基三甲基溴化铵或四甲基氢氧化铵重量为2~3份，所述丙三醇或三乙醇胺重量为20~40份，所述硼盐重量为20~30份，所述强碱重量为10-15份。
8.根据权利要求7所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述硼盐为氟硼酸镍或氟硼酸钛。
9.根据权利要求7所述钛合金渗硼方法，其特征在于：所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11507993A (ja) * 1996-01-25 1999-07-13 エレクトロシユメルツベルク ケンプテン ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 金属材料表面上に耐摩耗性の硼化物層を製造する方法
CN108193166A (zh) * 2016-12-08 2018-06-22 沈阳金研激光再制造技术开发有限公司 钛合金表面微弧渗碳方法
CN108588789A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 河海大学常州校区 一种制备硼钛化合物膜层的处理溶液及硼钛化合物的制备方法
CN109440057A (zh) * 2018-11-19 2019-03-08 武汉天海密封科技有限公司 脉冲等离子体硼氮共渗工艺及设备

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