[发明专利]一种Ti‑22Al‑25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti-22Al-25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法。

背景技术

随着宇航技术的发展，航天器的运行速度不断提高，高性能的金属材料也在快速发展，而Ti-22Al-25Nb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能，是一种新的优异的航天航空结构材料。Ti-22Al-25Nb合金目前主要应用于航天航空器中的结构支架及蒙皮覆盖件，进而广受研究。Ti-22Al-25Nb合金以O相为基础，由O相、B2相和α₂相组成，其中O相为正交结构；B2为体心立方结构具有较多的滑移系，是塑性相；α₂相为密排六方结构，具有高的强度及耐磨性，是合金的强化相。合金通常采用镀层的方式来改变其表面性能，使其在高温下不仅具有优异的综合的力学性能，同时还具有高性能的表面结构。但是表面镀层的工艺复杂，适合的镀层材料较少，同时镀层还存在失效脱落等问题，是一直困扰着人们的一个重要问题。而通过一种方法手段使合金自生成一层高强、耐磨的镀层，能大幅降低合金的生产成本，增加合金镀膜的使用寿命，对推进合金普及使用有着重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决现有表面镀层的工艺复杂，适合的镀层材料较少，同时镀层还存在失效脱落的问题，而提供一种Ti-22Al-25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法。

本发明一种Ti-22Al-25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法按以下步骤进行：

一、表面清理：将Ti-22Al-25Nb合金表面先采用丙酮清洗1～3次，再采用酒精清洗1～3次，得到表面洁净的Ti-22Al-25Nb合金；

二、热处理：将表面洁净的Ti-22Al-25Nb合金放入热处理炉中进行热处理，热处理温度为750℃～1200℃，热处理时间为15min～30min，热处理完成后取出进行水淬，得到镀层的Ti-22Al-25Nb合金；所述镀层的Ti-22Al-25Nb合金的表面由外向内依次覆有氧化层和富α₂相层，所述氧化层的厚度为5μm～10μm，所述富α₂相层的厚度为70μm～100μm；

三、表面处理：将镀层的Ti-22Al-25Nb合金置于腐蚀液中浸泡至表面光亮后取出，洗净表面的腐蚀液，或将镀层的Ti-22Al-25Nb合金采用机械抛光至表面光亮，即可得到覆有富α₂相层的Ti-22Al-25Nb合金；所述腐蚀液由HF、H₂O₂和H₂O按照体积比HF:H₂O₂:H₂O＝1:5:100混合而成的。

本发明的有益效果：

本发明通过高温热处理来达到增加一层富α₂相镀层的方法。其原理是在高温下合金原子的迁移能力增加，高温时表面由于与外部的高温空气接触而发生了氧化行为，合金中的Ti及Al原子容易与O原子结合形成Al₂O₃及TiO₂，而Nb元素与O的亲和力不佳，从而不容易形成氧化物，所以Ti、Al会向表层富集而Nb元素向内层富集的现象。所以在表层附近会形成一层贫Nb层，而α₂相在高温及贫Nb条件下非常容易产生，进而形成了一层α₂相层，α₂相层的平均硬度为450.2HV明显高于内部B2相基体的335.3HV，也进一步反映出其强度也高于内部B2相基体。同时由于α₂相是密排六方结构的晶体，所以其耐磨性远高于体心立方的B2基体。所以该相层的高强度及高耐磨性使得其成为了比较理想的表面镀层，同时由于该层又是自身生成的，所以其与内层的金属的结合性能非常好，其使用寿命极大的加长，是一种良好的镀层。

附图说明

图1为实施例一中未做处理的Ti-22Al-25Nb合金的显微组织图；

图2为实施例一得到的覆有富α₂相层的Ti-22Al-25Nb合金的显微组织图；

图3为实施例二得到的覆有富α₂相层的Ti-22Al-25Nb合金的显微组织图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种Ti-22Al-25Nb合金表面自生成高强耐磨层的方法按以下步骤进行：