CN117966079A - 一种钛合金表面强化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金材料表面处理技术领域，具体涉及一种钛合金表面强化处理方法，该方法包括：将待处理的钛合金材料放入一段开口的真空玻璃管内；将玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质与化学催化剂；抽取真空玻璃管中的气体，向所述真空玻璃管中通入氩气维持在一个大气压，对玻璃管加热封闭；将真空玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行真空抽取，向加热炉内通入氩气，使用阀门关闭；对加热炉加热，随炉冷却；保温过程中分析钛元素、氧元素的分布情况，计算各时刻的保温充分系数，对保温情况进行判定；待保温充分的钛合金试件冷却后将玻璃管击碎，获得表面强化处理的钛合金试件。从而保证钛合金表面的强化处理效果。

Description

一种钛合金表面强化处理方法

技术领域

本申请涉及合金材料表面处理技术领域，具体涉及一种钛合金表面强化处理方法。

背景技术

钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属，因其具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛应用于各个领域。但是钛合金的硬度低，一般不超过Hv350，粘着磨损敏感且表面耐疲劳和耐磨损性能差，其应用受到一定的限制。钛合金的表面强化技术能够明显提高钛合金的硬度，改善钛合金的耐磨、耐疲劳和耐腐蚀性能，扩大钛合金的适用范围，提高使用寿。

使用渗氧表面强化技术对钛合金进行处理的过程中，需要严格控制钛合金试件的保温时长，当钛合金试件的保温时长过长时，可能会导致钛合金表面过度渗氧，长时间的高温处理还可能会引起钛合金基体元素产生扩散或相变，影响钛合金试件的相关性能；当钛合金试件的保温时长过短时，可能会导致渗氧不充分，即氧元素无法较好的扩散进入钛合金的表面基体中，影响钛合金试件的表面强化效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钛合金表面强化处理方法，以解决现有的问题。

本发明的一种钛合金表面强化处理方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了一种钛合金表面强化处理方法，该方法包括以下步骤：

S1：将待处理的钛合金材料放入一段开口的真空玻璃管内；

S2：将玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质与化学催化剂；

S3：抽取真空玻璃管中的气体，向所述真空玻璃管中通入氩气，对玻璃管加热封闭；

S4：将通过步骤S3处理过后的真空玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行真空抽取，向加热炉内通入氩气，使用阀门关闭；

S5：对经过步骤S4处理的加热炉加热，保温时间150~180min，随炉冷却；

从保温时间为150min开始采集各时刻的钛合金试件的EDS元素分布图，对EDS元素分布图分割获取元素分布区域，提取氧元素像元及钛元素像元；根据元素分布区域中氧元素、钛元素的像元个数获取氧局部富集因子；根据氧局部富集因子及氧元素、钛元素在EDS元素分布图中的灰度信息得到元素浓度均匀因子；基于该元素浓度均匀因子计算渗氧充分系数；根据钛元素分布情况得到保温充分因子；基于渗氧充分系数及保温充分因子计算各时刻的保温充分系数；当所有钛合金样品试件的保温充分系数均值大于预设阈值时，停止钛合金试件的保温处理；

S6：待保温充分的钛合金试件冷却后将玻璃管击碎，获得表面强化处理的钛合金试件。

优选的，所述化学催化剂为二氧化锰。

优选的，所述氯酸钾化学纯物质和二氧化锰催化剂的摩尔比为4:1，钛合金与氧气的质量比为6.85。

优选的，所述加热封闭为采用酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。

优选的，所述加热炉加热的升温速率控制在10℃/min，升温至910℃。

优选的，所述根据元素分布区域中的氧元素、钛元素的像元个数获取氧局部富集因子包括：

以元素分布区域中的每一个氧元素像元为中心构建渗氧窗口，第i个渗氧窗口的氧局部富集因子的表达式为：

式中，、/>分别为第i个渗氧窗口中的氧元素像元与钛元素像元的总个数；为调节因子；exp[]为以自然常数e为底的指数函数。

优选的，所述根据氧局部富集因子及氧元素、钛元素在EDS元素分布图中的灰度信息得到元素浓度均匀因子包括：

式中，为第i个渗氧窗口的元素浓度均匀因子； />、/>分别为第i个渗氧窗口中第j个氧元素像元的灰度值与第i个渗氧窗口中第k个钛元素像元的灰度值。

优选的，所述渗氧充分系数包括：

将渗氧窗口中所有氧元素像元的灰度值按照升序顺序组成的序列记为该渗氧窗口的氧浓度序列，采用序列分析算法获取氧浓度序列的ApEn值，第i个渗氧窗口对应氧浓度序列的ApEn值记为，第i个渗氧窗口的渗氧充分系数/>的表达式为：

式中，为第i个渗氧窗口中所有氧元素像元灰度值的均值；norm()为归一化函数。

优选的，所述根据钛元素分布情况得到保温充分因子包括：

将钛合金试件元素谱图中每个氧元素像元分别作为无向图中的一个节点，采用派系过滤算法获取无向图中的所有渗氧社区；将有重叠的氧元素像元的两个渗氧社区记为一对关联渗氧社区；统计最小灰度值的钛元素像元记为特征钛像元；将关联渗氧社区中各钛元素像元与特征钛像元之间的连线记为关联渗氧社区中的各条钛扩散路径，将特征钛像元指向各钛元素像元的方向作为各钛扩散路径的钛扩散方向；钛扩散路径上所有钛元素像元的灰度值按照钛扩散方向顺序组成钛扩散路径的钛扩散序列；

对于第p对关联渗氧社区中的第q条钛扩散路径，计算路径上第x、x+1个钛元素像元的Sobel梯度值分别记为、/>，第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径的钛扩散模糊因子/>的表达式为：

式中，为第p对关联渗氧社区中的钛扩散路径总个数；/>、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、g条钛扩散路径上的像元个数；/>为第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径上的钛元素像元总个数；

第p对关联渗氧社区的保温充分因子表达式为：

式中，、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、h条钛扩散路径对应的钛扩散序列；/>表示Js散度；/>为调节参数。

优选的，所述基于渗氧充分系数及保温充分因子计算各时刻的保温充分系数包括：

计算各时刻的所有氧元素像元的渗氧充分系数的均值，获取各时刻所有对关联渗氧社区的保温充分因子的均值，将两个均值的乘积的归一化结果作为各时刻的保温充分系数。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过氧元素像元邻域范围内氧元素的局部富集特征、氧元素浓度特征以及氧钛元素均匀特征获得渗氧充分系数，综合分析了氧元素像元邻域范围内氧钛元素像元的数量以及浓度差异状况，结合对氧元素浓度变化状况的分析，能够更精确的反映钛合金试件渗氧效果充分的可能性程度；根据氧元素像元的渗氧充分系数获得渗氧充分社区并确定显著钛像元，通过氧元素像元的渗氧充分系数以及关联渗氧社区内的基体元素扩散特征获得保温充分系数，进一步考虑了钛合金试件表面强化处理过程中元素谱图内的基体元素扩散特征，对于钛合金试件的保温处理充分程度作出更准确的评估；根据保温充分系数判断钛合金试件的表面强化处理效果程度，并以此对钛合金试件的保温时长进行自适应调整，避免了钛合金试件保温时间过长或过短影响表面强化处理后钛合金试件性能的弊端，获得能够无氧化膜渗氧处理、硬化效果好、使用寿命延长的钛合金试件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明提供的一种钛合金表面强化处理方法的步骤流程图；

图2为钛合金样品试件元素分布图采集方式示意图；

图3为钛合金样品试件EDS元素分布图；

图4为部分关联渗氧社区以及社区之间的重叠氧元素像元示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种钛合金表面强化处理方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种钛合金表面强化处理方法的具体方案。

本发明一个实施例提供的一种钛合金表面强化处理方法，具体的，提供了如下的一种钛合金表面强化处理方法，请参阅图1，该方法包括以下步骤：

S1：将待处理的钛合金材料放入一段开口的真空玻璃管中，本实施例中所述真空玻璃管选用制成；

S2：将玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质与（二氧化锰）化学纯催化剂，本实施例中氯酸钾化学纯物质和/>化学纯催化剂的摩尔比为4:1，钛合金与氧气的质量比控制在6.85；

S3：将真空玻璃管中的气体抽走，并通入氩气，使其维持在一个大气压，之后将玻璃管加热进行封闭；具体加热封闭方式如下：采用酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭；

S4：将通过上述步骤处理过后的真空玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行抽真空处理，并通入氩气，维持在一个大气压，之后使用阀门对其进行关闭；

S5：对经过步骤S4处理的加热炉进行加热，升温速率控制在10℃/min，升温至910℃，保温150180min，然后随炉冷却；

在加热炉加热处理过程中，为保证钛合金表面处理效果，需要对加热炉的保温时长进行自适应调整，具体过程如下：

（1）： 采集钛合金表面强化处理过程中的相关数据，并对采集的数据进行预处理。

对步骤S5中保温阶段内的钛合金进行抽样检测，具体抽样检测方式如下：选取同一批规格相同的钛合金试件进行上述工艺流程处理，通过SEM-EDS扫描电镜能谱（ScanningElectron Microscope-Energy Dispersive Spectrum）对S5工艺流程中保温时间达到150min的钛合金试件的EDS元素分布图进行抽样获取（需等待抽取的钛合金样本冷却至室温时再进行检测），钛合金样品试件元素分布图采集方式示意图如图2所示，钛合金样品试件放置在放置台上，SEM-EDS扫描电镜对钛合金样品试件进行扫描采集，抽样时间间隔为5min，抽样率最低设置为10%（抽样率越高，对于钛合金表面强化处理的判别效果越精确），本实施例中钛合金试件的抽样率设置为20%，EDS元素分布图采用面扫方式进行获取，获取元素包含钛Ti、氧O两种元素。钛合金样品试件EDS元素分布图如图3所示。

将上述方式获取的EDS元素分布图转换为灰度图像，为防止获取的EDS元素分布灰度图像中噪声干扰状况较为严重影响后续分析，本实施例通过非局部均值去噪（Non-LocalMeans Denoising）算法对获取的EDS元素分布灰度图像进行去噪处理，在有效平滑图像去除噪声的基础上，尽可能的保留图像中的细节信息，由于EDS元素分布图的获取以及非局部均值去噪算法均为公知技术，具体获取过程不再过多赘述，实施者可根据实际情况选择其它去噪算法对EDS元素分布图进行预处理。

至此，可根据上述方式获取钛合金样品试件的EDS元素分布灰度图，为方便后续描述，将钛合金样品试件的EDS元素分布灰度图称为元素谱图。

（2）：通过氧元素像元邻域范围内氧元素的局部富集特征、氧元素浓度特征以及氧钛元素浓度均匀特征获得渗氧充分系数；根据氧元素像元的渗氧充分系数获得渗氧充分社区并确定显著钛像元，通过氧元素像元的渗氧充分系数以及关联渗氧社区内的基体元素扩散特征获得保温充分系数。

在钛合金的表面渗氧强化处理过程中，钛合金的保温时长与渗氧效果是息息相关的，在保温时间过长时的钛合金样品试件元素谱图中，氧元素在钛合金试件表面的分布不均匀的状况越明显，渗氧层中氧元素的局部富集现象越显著；同时钛合金基体元素的分布由于长时间高温处理还会引起基体元素Ti的元素扩散不均匀现象，具体表现为：元素谱图中的Ti元素分布在中心区域向钛合金试件表面区域的方向上产生明显的梯度变化；在保温时间过短时的钛合金样品试件元素谱图中，由于渗氧不充分导致渗氧层深度不均匀的现象越显著，且基体元素Ti在表层区域的氧元素掺杂现象越不明显。

由于钛合金试件的元素谱图中存在背景信息，需将元素分布区域进行分离，现以第t时刻获取的钛合金样品试件的元素谱图为例进行后续分析。

将钛合金样品试件的元素谱图作为输入，通过Mask R-CNN深度学习实例分割模型获取元素谱图中的元素分布区域，并得到钛合金样品试件对应元素谱图中的所有氧元素像元以及钛元素像元，其中将氧元素像元的标签设置为0、钛元素像元的标签设置为1，其余元素像元以及非元素像元的标签均设置为2，以SGD随机梯度下降作为优化算法，以掩码损失（Mask Loss）作为损失函数，由于Mask R-CNN深度学习实例分割模型为公知技术，具体获取过程不再过多赘述。

以元素分布区域中的每一个氧元素像元为中心构建渗氧窗口，渗氧窗口大小为7pt*7pt，其中，pt为像素单位，实施者可自行设定渗氧窗口的尺寸，将第i个渗氧窗口中所有氧元素像元的灰度值按照升序顺序组成的序列记为该渗氧窗口的氧浓度序列（钛合金EDS元素分布图中，元素像元的灰度值越大，表示该像元处对应的元素浓度越高），将第i个渗氧窗口的氧浓度序列/>作为输入，采用ApEn（Approximate Entropy）序列分析算法获取氧浓度序列/>的ApEn值记为/>，其中ApEn算法中的序列长度为氧浓度序列/>中的数据元素总个数，由于ApEn序列分析算法为公知技术，具体获取过程不再赘述。

基于上述分析，本实施例构建渗氧充分系数，用于表征氧元素像元邻域范围内的渗氧充分程度：

其中， 为第i个渗氧窗口的氧局部富集因子；/>、/>分别为第i个渗氧窗口中的氧元素像元与钛元素像元的总个数；exp[]为以自然常数e为底的指数函数；/>为调节因子，本实施例中取值为1，防止分母为0。

当渗氧窗口i中氧元素像元与钛元素像元之比越接近于1时，即越小，表示渗氧窗口i中的氧元素像元与钛元素像元之间的数量差异越小，渗氧窗口i范围内的氧元素局部富集现象越轻微，/>氧局部富集因子越小。

为第i个渗氧窗口的元素浓度均匀因子； />、/>分别为第i个渗氧窗口中第j个氧元素像元的灰度值与第i个渗氧窗口中第k个钛元素像元的灰度值；exp[]为以自然常数e为底的指数函数。

当渗氧窗口i中的氧局部富集因子越小时，即越小，表示渗氧窗口i中的氧元素局部富集现象越轻微；同时当渗氧窗口i中所有氧元素像元的平均灰度值与该渗氧窗口内所有钛元素像元的平均灰度值之间的差异越小时，即/>越小，表示渗氧窗口i中所有氧元素像元的元素浓度与该渗氧窗口内所有钛元素的元素浓度之间的差异越小，渗氧窗口i中氧元素与钛元素的元素浓度越均匀，元素浓度均匀因子/>越大。

为第i个渗氧窗口的渗氧充分系数；/>为第i个渗氧窗口中所有氧元素像元灰度值的均值；/>为第i个渗氧窗口对应氧浓度序列的ApEn值；norm()为归一化函数，使得/>的值域处于[0,1]的范围内。

当渗氧窗口i中的元素浓度均匀因子越大时，即越大，表示渗氧窗口i内氧元素与钛元素的元素浓度越均匀；同时当渗氧窗口i中各氧元素像元的灰度值与该渗氧窗口中所有氧元素像元灰度值的均值之间的差异越小时，即/>越小，表示渗氧窗口i中所有氧元素像元位置处氧元素浓度之间的差异越小；同时当渗氧窗口i对应氧浓度序列的ApEn值越小时，即/>越小，表示渗氧窗口i中所有氧元素像元的氧元素浓度变化越规律，渗氧窗口i对应位置处的钛合金试件渗氧效果充分的可能性越大，渗氧充分系数/>越大。

至此，可根据上述方式获取第t时刻元素谱图中所有渗氧窗口的渗氧充分系数，将各渗氧窗口的渗氧充分系数赋予各渗氧窗口的中心像元。

将钛合金试件元素谱图中所有氧元素像元分别作为无向图中的一个节点，若两个氧元素像元的渗氧充分系数之间的差值绝对值小于等于时，则所述两个氧元素像元之间形成一条边（/>0,1]，/>越小时，对于钛合金试件的保温充分效果评估要求越严格，本实施例中/>取值为0.1），根据上述方式获取钛合金试件元素谱图的渗氧无向图并作为输入，采用CPM（Clique Percolation Method）派系过滤算法获取渗氧无向图中的所有渗氧社区记为b，CPM派系过滤算法获得的部分关联渗氧社区以及社区之间的重叠氧元素像元示意图如图4所示，图中包括渗氧社区A、B及C，其中A-B、A-C、B-C均为关联渗氧社区，重叠氧元素像元如图4中所示。其中，CPM派系过滤算法内的K值设置为钛合金试件元素谱图中所有氧元素像元的/>（/>越大时，对于钛合金试件元素谱图的渗氧社区划分越精密，同时也会提高渗氧社区过度划分的风险，本实施例中/>取值为10），由于CPM派系过滤算法为公知技术，具体获取过程不再赘述。

在钛合金试件的元素谱图中，若两个渗氧社区之间有重叠的氧元素像元，则将所述两个渗氧社区记为一对关联渗氧社区。将钛合金试件元素谱图中最小灰度值的钛元素像元记为特征钛像元（若存在多个灰度值相同且最小的钛元素像元，则将横纵坐标最接近钛合金试件元素谱图对应元素分布区域坐标中心位置的钛元素像元记为特征钛像元，所述元素分布区域的坐标中心位置为元素分布区域横纵坐标范围的中点位置处）。

将第p对关联渗氧社区所在范围内的所有钛元素像元记为该关联渗氧社区的显著钛像元，将关联渗氧社区p中各显著钛像元与特征钛像元之间的连线记为关联渗氧社区p内的各条钛扩散路径，设置特征钛像元指向各个显著钛像元的方向为每条钛扩散路径的钛扩散方向；将每条钛扩散路径上所有钛元素像元的灰度值按照钛扩散方向顺序组成的序列作为各条钛扩散路径的钛扩散序列c。

基于上述分析，本实施例构建保温充分系数，用于表征钛合金试件渗氧强化处理过程中的保温时长适当程度：

其中，为第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径的钛扩散模糊因子；/>为第p对关联渗氧社区中的钛扩散路径总个数；/>、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、g条钛扩散路径上的像元个数；/>为第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径上的钛元素像元总个数；/>、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径上第x、x+1个钛元素像元的Sobel梯度值，梯度值的计算方法为现有技术，本实施例中不再赘述。

当关联渗氧社区p中第q条钛扩散路径与该关联渗氧社区中各钛扩散路径上的像元个数之间的差异越大时，即越大，表示关联渗氧社区p中第q条钛扩散路径的钛扩散深度与该关联渗氧社区中其余钛扩散路径的钛扩散深度越不相似；同时当关联渗氧社区p中第q条钛扩散路径上每一个钛元素像元的Sobel梯度值与该钛扩散路径上沿钛扩散方向的下一个钛元素像元的Sobel梯度值之间的差值之和越小时，即/>越小，表示关联渗氧社区p中第q条钛扩散路径上沿钛扩散方向的钛元素浓度变小状况越轻微，进一步的，关联渗氧社区p中第q条钛扩散路径对应位置处由于保温时间不充分而产生的基体元素扩散现象越不明显，钛扩散模糊因子/>越大。

为第p对关联渗氧社区的保温充分因子；/>、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、h条钛扩散路径对应的钛扩散序列；/>为钛扩散序列/>与/>之间的Js散度；为调节参数，为了避免分母为零，本实施例取值为0.01。

当钛合金试件元素谱图中关联渗氧社区p中所有钛扩散路径对应钛扩散序列之间的Js散度之和越小时，即越小，表示钛合金试件元素谱图中关联渗氧社区p中所有钛扩散路径上的基体元素扩散状况越相似；同时当关联渗氧社区p中所有钛扩散路径的钛扩散模糊因子之和越小时，即/>越小，表示关联渗氧社区p对应位置处由于保温时间不充分而产生的基体元素扩散现象不明显的状况越轻微，保温充分因子/>越大。

为第t时刻钛合金试件的保温充分系数；/>为第t时刻钛合金试件元素谱图中的氧元素像元总个数；/>为第t时刻钛合金试件元素谱图中第i个氧元素像元的渗氧充分系数；/>为第t时刻钛合金试件元素谱图中的关联渗氧社区总个数；/>为第p对关联渗氧社区的保温充分因子；norm()为归一化函数，使得/>的值域处于[0,1]的范围内。

当第t时刻钛合金试件元素谱图中所有氧元素像元的渗氧充分系数之和越大时，即越大，表示第t时刻钛合金试件由于保温时间充分使得渗氧效果越好的可能性越大；同时当第t时刻钛合金试件元素谱图中所有关联渗氧社区的保温充分因子之和越大时，即/>越大，表示第t时刻钛合金试件由于保温时间充分使得基体元素扩散产生梯度变化的现象越显著，保温充分系数/>越大。

至此，可根据上述方式实时获取每个时刻钛合金样品试件的保温充分系数。

（3）：根据保温充分系数判断钛合金试件的表面强化处理效果程度，并以此对钛合金试件的保温时长进行自适应调整。

设置保温充分阈值X，计算各时刻所有钛合金样品试件的保温充分系数均值记为Y，当Y大于保温充分阈值X时，判断对应时刻的钛合金试件表面强化处理效果满足处理要求，停止对于钛合金试件的保温处理；当Y小于等于保温充分阈值X时，则对应时刻钛合金试件的表面强化处理效果仍未达到充分状态，继续进行保温处理，以保证所有钛合金样本试件的保温充分系数均值大于保温充分阈值。本实施例中保温充分阈值X取值为0.7（X取值越高时，对于钛合金试件的表面强化处理要求越严格，实施者可根据实际情况自行设置保温充分阈值取值）。

至此，可通过上述方式实现钛合金试件的保温时长自适应调整。

S6：待保温充分的钛合金试件冷却后将玻璃管击碎，获得表面强化处理后的钛合金试件。

将通过上述步骤及过程制备获得的钛合金试件进行测试，测试结果为：表面硬度达到Hv920，硬化层深度为307，表面光亮。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：将待处理的钛合金材料放入一段开口的真空玻璃管内；

S2：将玻璃管中同时放入氯酸钾化学纯物质与化学催化剂；

S3：抽取真空玻璃管中的气体，向所述真空玻璃管中通入氩气，对玻璃管加热封闭；

S4：将通过步骤S3处理过后的真空玻璃管放置在密闭的加热炉中，对所述加热炉进行真空抽取，向加热炉内通入氩气，使用阀门关闭；

S5：对经过步骤S4处理的加热炉加热，保温时间150~180min，随炉冷却；

从保温时间为150min开始采集各时刻的钛合金试件的EDS元素分布图，对EDS元素分布图分割获取元素分布区域，提取氧元素像元及钛元素像元；根据元素分布区域中氧元素、钛元素的像元个数获取氧局部富集因子；根据氧局部富集因子及氧元素、钛元素在EDS元素分布图中的灰度信息得到元素浓度均匀因子；基于该元素浓度均匀因子计算渗氧充分系数；根据钛元素分布情况得到保温充分因子；基于渗氧充分系数及保温充分因子计算各时刻的保温充分系数；当所有钛合金样品试件的保温充分系数均值大于预设阈值时，停止钛合金试件的保温处理；

S6：待保温充分的钛合金试件冷却后将玻璃管击碎，获得表面强化处理的钛合金试件。

2.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述化学催化剂为二氧化锰。

3.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述氯酸钾化学纯物质和二氧化锰催化剂的摩尔比为4:1，钛合金与氧气的质量比为6.85。

4.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述加热封闭为采用酒精灯直接对玻璃口进行加热，使其软化形成封闭。

5.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述加热炉加热的升温速率控制在10℃/min，升温至910℃。

6.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述根据元素分布区域中的氧元素、钛元素的像元个数获取氧局部富集因子包括：

以元素分布区域中的每一个氧元素像元为中心构建渗氧窗口，第i个渗氧窗口的氧局部富集因子的表达式为：

式中，、/>分别为第i个渗氧窗口中的氧元素像元与钛元素像元的总个数；/>为调节因子；exp[]为以自然常数e为底的指数函数。

7.如权利要求6所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述根据氧局部富集因子及氧元素、钛元素在EDS元素分布图中的灰度信息得到元素浓度均匀因子包括：

式中，为第i个渗氧窗口的元素浓度均匀因子； />、/>分别为第i个渗氧窗口中第j个氧元素像元的灰度值与第i个渗氧窗口中第k个钛元素像元的灰度值。

8.如权利要求7所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述渗氧充分系数包括：

将渗氧窗口中所有氧元素像元的灰度值按照升序顺序组成的序列记为该渗氧窗口的氧浓度序列，采用序列分析算法获取氧浓度序列的ApEn值，第i个渗氧窗口对应氧浓度序列的ApEn值记为，第i个渗氧窗口的渗氧充分系数/>的表达式为：

式中，为第i个渗氧窗口中所有氧元素像元灰度值的均值；norm()为归一化函数。

9.如权利要求1所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述根据钛元素分布情况得到保温充分因子包括：

将钛合金试件元素谱图中每个氧元素像元分别作为无向图中的一个节点，采用派系过滤算法获取无向图中的所有渗氧社区；将有重叠的氧元素像元的两个渗氧社区记为一对关联渗氧社区；统计最小灰度值的钛元素像元记为特征钛像元；将关联渗氧社区中各钛元素像元与特征钛像元之间的连线记为关联渗氧社区中的各条钛扩散路径，将特征钛像元指向各钛元素像元的方向作为各钛扩散路径的钛扩散方向；钛扩散路径上所有钛元素像元的灰度值按照钛扩散方向顺序组成钛扩散路径的钛扩散序列；

对于第p对关联渗氧社区中的第q条钛扩散路径，计算路径上第x、x+1个钛元素像元的Sobel梯度值分别记为、/>，第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径的钛扩散模糊因子/>的表达式为：

式中，为第p对关联渗氧社区中的钛扩散路径总个数；/>、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、g条钛扩散路径上的像元个数；/>为第p对关联渗氧社区中第q条钛扩散路径上的钛元素像元总个数；

第p对关联渗氧社区的保温充分因子表达式为：

式中，、/>分别为第p对关联渗氧社区中第q、h条钛扩散路径对应的钛扩散序列；表示Js散度；/>为调节参数。

10.如权利要求9所述的一种钛合金表面强化处理方法，其特征在于，所述基于渗氧充分系数及保温充分因子计算各时刻的保温充分系数包括：

计算各时刻的所有氧元素像元的渗氧充分系数的均值，获取各时刻所有对关联渗氧社区的保温充分因子的均值，将两个均值的乘积的归一化结果作为各时刻的保温充分系数。