[发明专利]一种改善钴基合金表面综合性能的方法

说明书

本发明涉及一种提高Co‑Cr‑Mo合金表面综合性能的工艺技术方法，该工艺采用如下技术方法，首先利用干式喷丸机对Co‑Cr‑Mo合金表面进行纳米化处理提高合金材料的表面活性，然后将处理好具有良好表面活性的Co‑Cr‑Mo合金作为阳极，浸入特定的含氮溶液中，利用电化学技术对Co‑Cr‑Mo合金进行表面处理。本发明依次进行表面纳米化、电化学渗氮表面处理，可以在大幅提高Co‑Cr‑Mo合金耐磨和耐蚀性的同时，避免对Co‑Cr‑Mo合金整体塑性和韧性产生较大影响。本发明无需在高温下进行，所涉及的设备简单可控，与传统表面渗氮工艺相比，制备成本低，能源消耗低、对环境友好，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于合金材料表面处理技术领域，尤其涉及一种提高Co-Cr-Mo合金表面综合性能的工艺方法。

背景技术

钴基合金是一种应用十分广泛且种类十分丰富的合金类型，由于其具有良好的耐各种类型磨损和腐蚀性能，以及高温氧化的性能，在医用生物材料领域、航空航天发动机制造领域都很有利用价值。而Co-Cr-Mo合金则是钴基合金中的一种，具有比不锈钢更好的耐腐蚀性、耐磨性和优异的铸造性能，易于成型加工，可用作铸造产品和热锻造精密加工产品，其中铸造Co-Cr-Mo合金在金属牙科领域的应用已经有数十年的历史，而热锻造Co-Cr-Mo合金则用于髋、肩、肘、膝关节等承受大负荷的人体重要部位假体的制造。然而，虽然Co-Cr-Mo合金在某些环境中已经具备一些耐磨、耐腐蚀的性能，但是一般的耐磨、耐腐蚀性能无法满足要求日益苛刻的医学、国防军事、航空航天制造领域的应用。故现在急需一种工艺方法来改进Co-Cr-Mo合金的表面性能。

表面纳米化可以在金属表面形成纳米结构，同时提高材料的耐磨性能。然而钴基合金硬度较大，普通的纳米化技术并不容易在合金表面形成纳米层，即使产生纳米层也是很薄的一层，并且在长时间服役后因其内部组织塑性、韧性降低导致纳米层的脱落，从而在一定程度上阻碍了它的应用。高温氮化、离子渗氮技术有效的在金属表面获得氮化层，但是这些方法存在的问题是工艺复杂、制备成本高等，制约了其在Co基合金的商业化应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术对Co-Cr-Mo合金进行改性的方法不多见，钴基合金硬度较大，普通的技术并不容易在合金表面形成纳米层，本发明选用碳化硼陶瓷弹丸对其进行纳米化处理，并结合改进后的电化学渗氮方法。提供了一种多步骤的对Co-Cr-Mo合金进行综合改性的技术方法：

一种改善Co-Cr-Mo合金表面综合性能的方法，具体步骤如下：

(1)选择Co-Cr-Mo合金作为钴基合金；然后对Co-Cr-Mo合金表面进行反复打磨去除氧化层，并进行超声波清洗去除表面杂质，最后再用丙酮清洗去除油污，乙醇去水；

(2)利用9070A型干式喷丸机对合金表面进行纳米化处理，喷丸机的喷孔垂直向下，合金位于喷孔下方并放置于水平支架上，选用硬度高的碳化硼陶瓷弹丸，并控制喷孔处喷嘴出口速度和弹丸的频率对合金进行纳米化处理。

由于本发明所选材料为Co-Cr-Mo钴基合金，此合金强度和硬度都很高，普通的弹丸无法对其进行纳米化处理，因此利用硬度高的碳化硼陶瓷弹丸高速度重复击打试样表面，使其发生强烈塑性变形，表面晶粒被细化至纳米尺度范围，在合金表面形成纳米-微米梯度过渡层，该层具有良好活性的表面状态，为后续电化学表面处理做准备；

(3)将经步骤(2)纳米化处理好的具有良好表面活性的Co-Cr-Mo合金作为阴极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，使用硝酸、亚硝酸钠和硝酸钠混合溶液作为改性溶液，在20℃～25℃的温度下，对合金进行电化学恒电位表面改性；