CN110551962A - 钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法 - Google Patents

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车宇峰
周小虎
何小松
李麦海
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Abstract

本发明涉及在钛及钛合金表面，制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层的方法，在钛及钛合金表面用100~200目的不规则石英砂粒做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂法中的超音速等离子喷涂法，用N2等作为保护气体，将200~400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上。喷涂后经过表面处理得到关键特征钛表面，此钛表面得到强化并呈现出粗糙度均匀的光滑表面。此表面由钛和钛的氮化物以及氧化物组成，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。经测试此表面的维氏硬度可达到1000HV以上。

Description

钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法
技术领域
本发明公开了钛及钛合金表面处理工艺技术，具体涉及钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法。
背景技术
钛及钛合金具有许多优异的物化性能，如：高韧性、高比强度、高屈服强度、高疲劳极限、非磁性、高熔点、低膨胀系数、良好的生物惰性、耐腐蚀性、良好的加工性能和低温性能等。因此，从20世纪50年代到70年代分别以“空中金属”、“陆用金属”和“海洋金属”而著称于工业界，21世纪更被誉为“钛的世纪”，然而，钛及钛合金的硬度较低、耐磨性较差，在使用过程中极易产生划痕，使其应用范围受到限制。因此，采用表面硬度提升技术来提高钛及钛合金的硬度意义重大。
发明内容
本发明针对钛及钛合金表面硬度较低问题，提供了钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法。
钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于：在钛及钛合金表面制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层中钛和钛的氮化物及氧化物呈互相挤压状态，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布，所述钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，包括以下步骤：
1）在钛及钛合金表面用100至200目的不规则石英砂做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂中的超音速等离子喷涂法，用N2做保护气，将200至400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上。
2)喷涂后表面处理，用400目的碳化硅砂轮打磨表面，使表面粗糙度达Ra3.2以下，表面硬度达1000HV以上；
3)清洗干净，高压风吹干表面，无残留物，进行烘干处理；
优选的，所述保护气体，为N2、CO2或两者按比例混合气。
优选的，处理后的钛和钛合金表面外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。
优选的，所述热喷涂法包括但不限于超音速等离子喷涂法、超音速火焰喷涂法、普通等离子喷涂法。
优选的，所述喷砂颗粒，其特征在于100至200目的不规则石英砂粒。
优选的，所述表面处理磨料，其特征在于400目的碳化硅砂轮。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明通过热喷涂技术在钛及钛合金表面获得钛（钛合金）及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层有高硬度、高耐磨、致密及疏水性好的特点，对钛及钛合金的表面能够起到强化作用。
2）本发明在所制备组织层不引入其他金属元素，因此不改变钛及钛合金本身性质，及亲生物性的特点。制备过程操作简便，且热喷涂时基本不受钛及钛合金制品形状的限制，适合于工业化生产。
具体实施方式
以下对本发明做进一步描述：
实施例1
在钛及钛合金表面制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层中钛和钛的氮化物及氧化物呈互相挤压状态，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布，所述钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，包括以下步骤：
1）在钛及钛合金表面用100至200目的不规则石英砂粒做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂中的超音速等离子喷涂法，用N2做保护气体，将200至400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上。
2)喷涂后表面处理，用400目的碳化硅砂轮打磨表面，使表面粗糙度达到Ra3.2以下，表面硬度达1000HV以上；
3)清洗干净，高压风吹干表面，无残留物，进行烘干处理；
本发明的进一步设置为，所述的保护气体可以为N2 或CO2或两者按比例的混合气。
在钛及钛合金表面制备高硬度复合组织层后，适用于钛及钛合金餐具、水具、餐具、体育用品、钛自行车等，乃至生物医疗钛制品，推广应用前景十分广泛。此外，发明具有典型的工业生产技术特点，已具备成熟的生产工艺可批量生产。
利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于：在钛及钛合金表面制备钛及钛的氮化物和氧化物复合组织层，该组织层中钛和钛的氮化物及氧化物呈互相挤压状态，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布，所述钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，包括以下步骤：
1）在钛及钛合金表面用100至200目的不规则石英砂粒做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂中的超音速等离子喷涂法，用N2做保护气体，将200至400目的不规则纯钛粉末喷涂在处理后的表面上；
2) 喷涂后表面处理，用400目碳化硅砂轮打磨表面，使表面粗糙度达到Ra3.2以下，表面硬度达1000HV以上；
3)清洗干净，高压风吹干表面，无残留物，进行烘干处理。
2.根据权利要求1中所述的钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于喷涂工艺采用热喷涂法，该方法包括但不限于超音速火焰喷涂法、超音速等离子喷涂法、普通等离子喷涂法。
3.根据权利要求1中所述的钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于表面外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。
4.根据权利要求1中所述的钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于所述保护气体，为N2、CO2或两者按比例混合气。
5.根据权利要求1中所述的钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于喷砂颗粒为100至200目的不规则石英砂粒。
6.根据权利要求1中的钛及钛合金表面使用热喷涂制备高硬度复合组织层的方法，其特征在于所述表面处理所用磨料为400目的碳化硅砂轮。
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