CN111363999A - 一种钛及钛合金表面制备高硬度复合组织层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛及钛合金表面使用制备高硬度复合组织层的方法，在钛及钛合金表面，用20~200目的不规则石英砂粒做喷砂表面处理，高压风清理干净后，使用热喷涂法中的等离子喷涂法，用N2等作为载气，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表面，此钛表面得到强化并呈现出粗糙度均匀的表面。此表面由钛和钛的氧化物组成，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400HV以上，进一步进行表面处理降低表面粗糙度至Ra1.0以下，得到具有金属光泽单一颜色的表面，维氏硬度在600HV以上，同时结构十分致密，可广泛应用于对钛及钛合金表面硬度要求高的使用领域。

Description

一种钛及钛合金表面制备高硬度复合组织层的方法
技术领域
本发明属于钛及钛合金表面处理工艺技术，具体涉及一种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。
然而，钛硬度较低、耐磨性较差，在使用过程中极易产生划痕，因此采用表面硬度提升技术来提高钛表面硬度和耐磨性能意义重大。
发明内容
本发明针对钛及钛合金表面硬度较低问题，提供了一种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
一种钛及钛合金高硬度组织层，其特征在于：在钛及钛合金表面制备钛与钛氧化物复合组织层，该组织层的钛和钛氧化物呈互相挤压状态。
所述钛的钛与氧化物复合组织层的制备方法为：
1）在钛及钛合金表面用20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，使用热喷涂法中的等离子喷涂法，用N2做载气，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目碳化硅砂轮打磨表面，得到关键特征表面，此表面粗糙度达到Ra3.2以下，表面硬度达400HV以上；
3）用2000目碳化硅砂轮进一步打磨表面，使表面粗糙度至Ra1.0以下，得到最终表面，维氏硬度在600HV以上
4）清洗干净并高压风吹干表面，无残留物后，进行烘干处理；
优选的，所述的钛材料，其特征在于所述含有金属钛的材料，包括但不限于纯钛材料、钛合金、钛层状复合材料。
优选的，所述保护气体，为N2、Ar或两者按比于例混合气。
优选的，关键特征表面外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。
优选的，最终表面外观呈具有金属光泽单一颜色的表面特征。
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20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目和2000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：
本发明的一种高硬度复合组织层，在钛及钛合金表面用20~200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，用N2等作为载气，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400HV以上，进一步进行表面处理降低表面粗糙度至Ra1.0以下，得到具有金属光泽颜色的表面，维氏硬度在600HV以上。
实施例1
1）在钛及钛合金表面用20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，使用热喷涂法中的等离子喷涂法，用N2做载气，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目碳化硅砂轮打磨表面，得到关键特征表面，此表面粗糙度达到Ra3.2以下，表面硬度达400HV以上；
3）用2000目碳化硅砂轮进一步打磨表面，使表面粗糙度至Ra1.0以下，得到最终表面，维氏硬度在600HV以上；
4）清洗干净并高压风吹干表面，无残留物后，进行烘干处理。
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 (8)

1.一种钛及钛合金高硬度复合组织层，其特征在于：在钛及钛合金表面制备钛与钛的氧化物复合组织层，该组织层的钛和钛的氧化物呈互相挤压状态，所述钛与钛的氧化物复合组织层的制备方法为：
1）在钛及钛合金表面用20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，使用热喷涂法中的等离子喷涂法，用N2做载气，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目碳化硅砂轮打磨表面，得到关键特征表面，此表面粗糙度达到Ra3.2以下，表面硬度达400HV以上；
3）用2000目碳化硅砂轮进一步打磨表面，使表面粗糙度至Ra1.0以下，得到最终表面，维氏硬度在600HV以上；
4）清洗干净并高压风吹干表面，无残留物后，进行烘干处理。
2.根据权利要求1中所述的钛材料，其特征在于所述含有金属钛的材料，包括但不限于纯钛材料、钛合金、钛层状复合材料。
3.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层制备方法，其特征在于喷涂工艺采用热喷涂法，该方法包括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。
4.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层，其特征在于粗糙度在Ra3.2以下时为关键特征表面，外观呈不规则的明暗交替的麻纹状分布。
5.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层，其特征在于粗糙度在Ra1.0以下时为最终表面，外观具有金属光泽颜色。
6.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层，其特征在于所述载气，为N2、Ar或两者按比例混合气。
7.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层，其特征在于所述喷砂颗粒，为20至200目的不规则石英砂粒。
8.根据权利要求1中所述的高硬度复合组织层，其特征在于所述表面处理磨料，为400目的碳化硅砂轮和2000目的碳化硅砂轮。
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