[发明专利]TC4钛合金表面纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面改性方法，特别是涉及一种TC4钛合金表面纳米结构的制备方法。

背景技术

TC4钛合金是一种中等强度的两相钛合金，该合金具有优异的综合性能，在航空航天工业中获得了最广泛的应用。作为一种高性能轻量化合金，其具有广阔的应用前景。随着航空航天的迅速发展，恶劣的服役环境对TC4钛合金的性能和使用可靠性提出了更高要求。纳米结构材料由于独特的理化及力学性能，在世界范围内获得广泛关注。通过机械诱发局部大塑性变形方法制备的表面纳米结构是纳米结构材料领域最具潜力的技术之一，为改善钛合金的表层和整体性能创造了条件。国内外学者研究显示，通过在钛合金表面制备纳米结构，使钛合金的抗疲劳性能、抗腐蚀性能及扩散性能等性能得到不同程度的改善。

文献1“郭周强，葛利玲，袁航等.钛合金TC4表面纳米化及其热稳定性.材料热处理学报.2012,33(3):114～118”报道了采用超音速微粒轰击技术对TC4钛合金表面进行处理制备了表面纳米结构，并表征了表面纳米结构的组织特点。结果发现该方法获得的TC4钛合金表面纳米结构最大厚度为10μm。

上述制备方法在TC4钛合金表面成功制备出表面纳米结构，但表面纳米结构最大厚度为10μm。通过大塑性变形方法制备的表面纳米结构存在孔洞及裂纹等微观缺陷，表面纳米结构太薄将严重制约TC4钛合金表面纳米结构的有效应用。

发明内容

为了克服现有方法制备的纳米结构由于厚度薄而造成实用性差的不足，本发明提供一种TC4钛合金表面纳米结构的制备方法。该方法首先对TC4钛合金进行退火处理，再用水砂纸研磨TC4钛合金表面，并将研磨后的TC4钛合金浸于无水乙醇中超声清洗，将清洗后的TC4钛合金放入喷丸室，对TC4钛合金研磨表面进行喷丸处理。由于通过对TC4钛合金进行去应力退火处理，使其在喷丸过程中可承载弹丸更大压力和更长时间的持续高速冲击，其表面发生大应变和高应变速率的剧烈塑性变形，在喷丸过程中并通过夹具限制其表面的材料流动，从而可以大幅度增大TC4钛合金表面纳米结构的厚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种TC4钛合金表面纳米结构的制备方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、在热处理炉中对TC4钛合金进行退火处理，处理条件为：加热温度600～650℃，保温时间1～1.5h，空冷至室温；

步骤二、依次采用80#、240#、600#水砂纸研磨TC4钛合金表面，并将研磨后的TC4钛合金浸于无水乙醇中超声清洗；

步骤三、将清洗后的TC4钛合金放入夹具中，使钛合金研磨表面与夹具上表面平齐；

步骤四、将夹具放入喷丸室，对TC4钛合金研磨表面进行喷丸处理，具体工艺参数为：弹丸尺寸Φ0.6～Φ1.2mm，空气压力0.25～0.35MPa，喷丸时间30～60min。

本发明的有益效果是：该方法首先对TC4钛合金进行退火处理，再用水砂纸研磨TC4钛合金表面，并将研磨后的TC4钛合金浸于无水乙醇中超声清洗，将清洗后的TC4钛合金放入喷丸室，对TC4钛合金研磨表面进行喷丸处理。由于通过对TC4钛合金进行去应力退火处理，使其在喷丸过程中可承载弹丸更大压力和更长时间的持续高速冲击，其表面将发生大应变和高应变速率的剧烈塑性变形，在喷丸过程中并通过夹具限制其表面的材料流动，从而大幅度增大了TC4钛合金表面纳米结构的厚度。经测试，本发明制备的TC4钛合金表面纳米结构的厚度由背景技术的10μm提高到31～40μm，最高达到了40μm，该表面纳米结构的厚度比背景技术的纳米结构厚度提高了300％。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明TC4钛合金表面纳米结构的制备方法实例1制备的TC4钛合金表面纳米结构的扫描电镜照片。

图2(a)是本发明TC4钛合金表面纳米结构的制备方法实例1制备的TC4钛合金表面纳米结构的透射电镜明场照片；图2(b)是本发明TC4钛合金表面纳米结构的制备方法实例1制备的TC4钛合金表面纳米结构的透射电镜暗场照片；图2(c)是本发明TC4钛合金表面纳米结构的制备方法实例1制备的TC4钛合金表面纳米结构的透射电镜选区电子衍射照片。

具体实施方式

以下实施例参照图1-2。

实施例1。

(1)在热处理炉中对TC4钛合金进行退火处理，处理条件为：加热温度600℃，保温时间1.5h，空冷至室温；