[发明专利]用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法

说明书

本发明涉及钛合金表面处理技术领域，尤其是用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法。包括以下步骤：a.将电解液的各组分按比例混合后搅拌均匀，电解液各组分的重量百分比为：甲酰胺5‑15％、乙酰胺5‑15％、甘油20‑40％、纳米石墨粉1‑5％、氯化钠5‑10％及去离子水10‑65％；b.将待处理的钛合金进行表面清洗和预处理；c.阴极渗碳/氧化/类金刚石沉积处理。本发明处理后的复合膜层，表面硬度可以达到钛基体的3倍以上。同时，该电解液和工艺适合纯钛及各种牌号的钛合金。

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理技术领域，尤其是用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法。

背景技术

目前钛合金阳极等离子体电解氧化(PEO)又称作微弧氧化技术(MAO)技术已经日趋成熟，在含有铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐中的一种或多种的电解液中，钛及钛合金阳极表面可制备厚度为十几到几十微米的陶瓷膜，其组织成分及膜层性能已有系统研究。研究表明，在钛合金表面制备阳极等离子体电解氧化膜可以有效降低钛合金表面摩擦系数及磨损率并提高材料表面的耐磨性；Yerokhin等人的研究表明，此种膜层可以有效提高钛合金的耐腐蚀性能；Usta等人证明钛合金表面氧化膜具有很好的生物兼容性；另外，PEO氧化膜可以有效提高钛合金抗高温摩擦磨损性能。目前，国内外研究者系统地研究了钛合金表面阳极PEO氧化膜的组织结构、摩擦磨损性能、耐蚀性能、催化性能、生物兼容性及抗高温热震和抗高温氧化性能。结果表明，等离子电解氧化处理可以有效提高钛及钛合金的综合性能，是一种有前景的钛及钛合金表面改性方法。

然而传统的等离子体电解氧化是将钛及钛合金工件置于阳极的位置，并在其表面生长出钛氧化物为主的陶瓷膜层，氧化时间从十几分钟到一个小时不等，厚度一般不超过30μm。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的制备方法的制成品寿命较短且强度不高的不足，本发明提供了一种用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法，通过特定的电解液中对其进行快速阴极渗碳/氧化/类金刚石沉积处理，形成下层为渗碳层、上层为包含类金刚石的氧化层的复合膜层，表面硬度可以达到钛基体的3倍以上。同时，该电解液和工艺适合纯钛及各种牌号的钛合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法，包括以下步骤：

a.将电解液的各组分按比例混合后搅拌均匀，电解液各组分的重量百分比为：甲酰胺5-15％、乙酰胺5-15％、甘油20-40％、纳米石墨粉1-5％、氯化钠5-10％及去离子水10-65％；

b.将待处理的钛合金进行表面清洗和预处理；

c.阴极渗碳/氧化/类金刚石沉积处理，将钛合金完全浸泡在电解液的电解槽中，电解液作为阴极，石墨板作为阳极，阴极处理工作电压为140V–460V，处理时间为1min–10min。

具体地，步骤a中，所述搅拌方式为超声波搅拌。

具体地，步骤b中，所述清洗和预处理方法为：用360#-1200#砂纸对钛合金表面进行打磨，并用丙酮去除钛合金表面的杂质。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于钛合金表面快速制备渗碳/氧化/类金刚石沉积复合膜层的方法，通过特定的电解液中对其进行快速阴极渗碳/氧化/类金刚石沉积处理，形成下层为渗碳层、上层为包含类金刚石的氧化层的复合膜层，表面硬度可以达到钛基体的3倍以上。同时，该电解液和工艺适合纯钛及各种牌号的钛合金。

具体实施方式

步骤一、将电解液的各组分混合后，用超声波搅拌搅拌均匀；电解液水溶液或悬浊液各组分按重量百分比计算：甲酰胺5-15％、乙酰胺5-15％、甘油20-40％、纳米石墨粉1-5％、氯化钠5-10％及去离子水10-65％。