CN1490429A - 钛或其合金的快速渗氧硬化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高钛或其合金的表层硬度的方法；该方法是利用激光照射钛或其合金表面，在不超过钛或其合金的相变温度和熔化温度之间快速加热进行强化渗氧，然后加工去掉最表层的氧化膜，最后得到渗氧层；本发明利用激光对钛或其合金进行激光强化后，使钛或其合金的硬度提高1－2倍，硬化深度达到10－30微米，有效提高了钛或其合金的耐磨寿命。

Description

钛或其合金的快速渗氧硬化方法
技术领域
本发明涉及一种金属表面激光强化热处理技术，尤其是一种钛或其合金的快速渗氧硬化方法。
背景技术
作为工程材料，钛的重要性仅次于钢铁材料和铝合金，故称“第三金属”。由于钛的比性能好、耐腐蚀性能优和生物相容性好等优点，钛的应用已从航空航天领域延伸到民用领域，例如：生物植入体、赛车、汽车、自行车等部件。但由于其表面硬度低、摩擦系数大，钛或其合金作为摩擦学材料应用受到限制，解决办法之一是实施表面改性。
在表面改性方法中，钛的渗氧硬化方法研究多年。在中国专利94104248.01中公开了一种“牙种植体的表面氧化改性方法”，该牙种植体的表面氧化改性方法是将牙种植体即钛在300～600℃的加热炉内加热氧化80～300分钟，并让其自然冷却。在中国专利96101546.2中公开了一种“钛被覆防护层的复合新工艺”，该工艺是将钛制品经阳极氧化法和加热氧化法(450-700℃，加热1-3小时)叠加处理后，显著提高了其在化学介质中的稳定性。在中国专利01138775.0中公开了“一种钛合金渗氧的方法”，该方法将钛合金件放在普通空气加热炉内，在700～850℃的温度下，保温2～14小时进行处理。在美国专利申请6,210,807中公开了一种钛或钛合金的表面氧化方法，该方法是将钛合金件在500-725℃条件下加热0.5-100小时可获得5-50微米的渗氧层。在中国专利申请97193246.8中公开了一种“钛或钛合金部件及其表面处理方法”，该方法是在700～800℃温度下对钛或钛合金进行数小时的氮氧共渗，获得20微米的硬化层。
上述现有技术中的方法均是将材料整体加热，其加热温度不能超过钛或其合金的相变温度，因为对钛或其合金材料进行整体等温加热，如对其采用大于相变的温度进行加热，则易导致材料的晶粒显著变大而影响材料的心部性能；另由于采用整体加热方法，其加热时间必须长，才能达到对材料表面进行强化渗氧的效果，因此其工艺时间长、能耗大；另由于是采用整体强化的方式，因此材料表面只能获得连续的渗氧层。由于渗氧层有脆性，对材料拉伸性能和疲劳性能不利。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种钛或其合金的快速渗氧硬化方法，该方法是利用激光对钛或其合金进行快速加热至相变温度以上进行强化，由于激光为快速点加工，因而仅在其表层形成强化渗氧层，而不会破坏材料的整体性能。
本发明的目的可通过如下措施来实现：
一种钛或其合金的快速渗氧硬化方法，包括下述步骤：
(1)将钛或其合金材料置于激光下进行渗氧强化；及
(2)控制激光对钛或其合金进行强化加热的温度在钛或其合金的相变温度与钛或其合金的熔化温度之间。
在上述步骤中控制激光对钛或其合金进行强化的时间小于1秒。
该方法还包括一对加工后的钛或其合金的冷却过程。
该方法在钛及其钛合金冷却后用酸蚀或机加工等方法去除表面不致密的氧化膜层至规定的表面粗糙度。
所述的钛或其合金在进行激光强化时的环境气氛为大气或用氩气稀释的氧气。
在上述方法中控制激光对钛或其合金进行强化加热的温度为大于1050℃，而小于钛或其合金的熔化温度。
在上述方法中利用激光对钛或其合金进行离散强化加工。
在上述方法中利用激光对钛或其合金进行连续且扫描道搭接的方法强化加工。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、本发明利用激光对钛或其合金进行快速加热至其相变温度以上，使材料表层形成渗氧强化层，而材料心部性能不受影响。
2、本发明采用在相变温度以上对钛或其合金进行强化，渗氧时间大幅度缩短，具有快速渗氧的特征。
3、本发明可以采用离散加热的方式在基体表面形成离散的渗氧硬化区，这可降低渗氧层的脆性。
具体的实施方式
本发明还将结合实施例作进一步详述：
一种钛或其合金的快速渗氧硬化方法，包括下述步骤：
(1)将钛或其合金材料置于激光下(环境气氛为大气)进行渗氧强化；及
(2)控制激光对钛或其合金进行强化加热的温度在钛或其合金的相变温度与钛或其合金的熔化温度之间。
(3)控制激光对钛或其合金进行强化的时间为0.4秒。当强化时间大于0.4秒时，对钛或其合金进行快速水冷。
(4)钛或其合金冷却后，用酸蚀或机加工等方法去除表面不致密的氧化膜层至规定的表面粗糙度。
另一实施例是利用激光对钛或其合金表面进行离散强化加热至1055℃，其强化时间为0.2秒，其余条件与上述实施例同。
本发明的另一实施例除利用激光对钛或其合金进行连续且扫描道搭接的方法强化加工外，其余条件与上述实施例同。

Claims (8)

1、一种钛或其合金的快速渗氧硬化方法，包括下述步骤：
(1)将钛或其合金材料置于激光下进行渗氧强化；及
(2)控制激光对钛或其合金进行强化加热的温度在钛或其合金的相变温度与钛或其合金的熔化温度之间。
2、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于控制激光对钛或其合金进行强化的时间小于1秒。
3、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于还包括一对加工后的钛或其合金的冷却过程。
4、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于在钛及其钛合金冷却后用酸蚀或机加工等方法去除表面不致密的氧化膜层至规定的表面粗糙度。
5、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于所述的钛或其合金在进行激光强化时的环境气氛为大气或用氩气稀释的氧气。
6、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于控制激光对钛或其合金进行强化加热的温度为大于1050℃，而小于钛或其合金的熔化温度。
7、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于利用激光对钛或其合金进行离散强化加工。
8、如权利要求1所述的钛或其合金的快速渗氧硬化方法，其特征在于利用激光对钛或其合金进行连续且扫描道搭接的方法强化加工。
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