[发明专利]一种获得高纯钛超硬表面改性层的方法

说明书

本发明公开了一种获得高纯钛超硬表面改性层的方法，包括以下步骤：1)用砂纸将高纯钛工件打磨光亮、清洗、干燥，利用电刷镀方法在其表面刷镀15～35μm的Cr层；2)工件的脉冲激光处理：对室温电刷镀Cr后的高纯钛工件进行激光表面合金化处理，工艺参数为：激光功率100～800W，脉冲宽度3～8ms，离焦量2～6mm，扫描速度8～25mm/s；3)取出经激光表面合金化处理的工件，将工件的表面打磨平整。通过本发明所提供的脉冲激光表面合金化Cr处理高纯钛，可使其显微组织大大细化，显微硬度和强度大大提高，从而改善其表面性能，具有操作方便、设备简单、经济实用、技术可靠、效率高、质量稳定等优点。

技术领域

本发明属于金属加工的激光表面处理领域，具体涉及一种获得高纯钛超硬表面改性层的方法。

背景技术

激光表面改性技术是激光技术与金属热处理相结合的产物，是在材料表面施加极高的能量，使之发生物理化学变化，从而显著改变材料的表面硬度、耐磨性、耐蚀性和高温性能。近年来，激光表面合金化技术也受到众多研究人员的关注，它是在高能束激光作用下，将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，从而改变金属及合金表面的化学成分。

纯钛具有优异的耐腐蚀性、良好的可焊性和可制造性，以及优良的生物相容性。因此，纯钛常用作工程材料，广泛应用于发电、化学、宇宙飞船和生物医学等行业。然而，与其他高强度钛合金相比，它的强度相对较低，这阻碍了它的进一步应用。随着纯钛在工业中的使用日益增多，对纯钛材料的性能提出了更高的要求，包括耐腐蚀性性能、生物相容性和力学性能等。而纯钛的这些性能与其微观组织(如晶粒的尺寸以及第二相粒子的尺寸、分布、结构等)密切相关。大量的研究表明，获得均匀细小、取向随机的晶粒对提高纯钛材料强度具有十分关键的作用。并且，纯钛材料在服役时往往会表现出较低的摩擦学性能，发生快速的表面磨损失效，因此需要对纯钛材料进行表面改性处理。

发明内容

本发明提供了一种强化处理过程操作方便、设备简单、经济实用、技术可靠、效率高的获得高纯钛超硬表面改性层的方法，以实现通过采用脉冲激光设备对预置Cr层的高纯钛材料进行表面改性处理得到富Cr的超细/纳米晶组织，进而提高高纯钛材料表面的显微硬度和强度等力学性能的目的。

实现该目的的技术方案是：

一种获得高纯钛超硬表面改性层的方法，包括以下步骤：

1)工件的准备和电刷镀Cr处理：用砂纸将高纯钛工件打磨光亮、清洗、干燥，利用电刷镀方法在其表面刷镀15～35μm的Cr层，电刷镀Cr处理的工艺参数为：刷镀时间8～12min、刷镀电压8～12V；

2)工件的脉冲激光处理：对室温电刷镀Cr后的高纯钛工件进行激光表面合金化处理，采用惰性气体为保护气体，脉冲激光表面合金化处理的工艺参数为：激光功率100～800W，脉冲宽度3～8ms，离焦量2～6mm，扫描速度8～25mm/s；

3)取出经激光表面合金化处理的工件，将工件的表面打磨平整。

所述步骤1)中利用电刷镀方法在工件表面刷镀15～30μm的Cr层，电刷镀Cr处理的工艺参数为：刷镀时间10min、刷镀电压10V。

所述步骤2)中脉冲激光表面合金化处理的工艺参数为：激光功率100～500W，脉冲宽度3～6ms，离焦量2～6mm，扫描速度8～15mm/s。