[发明专利]钛合金表面硼铝共渗剂及其共渗工艺

说明书

一种钛合金表面硼铝共渗剂及共渗工艺，其特征是硼铝共渗剂由铝、碳化硼、氯化铵和碳化硅组成；共渗工艺是首先，对钛合金进行磨抛和清洗，获得清洁表面；然后，将钛合金放入硼铝共渗剂填充一半的坩埚中，随后再将坩埚填充满、密封并在100±5℃下干燥箱内保温至少1h；最后，将坩埚放入到箱式电阻炉内在950±10℃的硼铝共渗温度下，保温20‑25h，当渗层制备完成后取出空冷，即可在钛合金表面制得硬度高、耐磨性好、抗高温氧化性好和耐热腐蚀性好的硼铝共渗层。本发明在硬度、耐磨损和抗高温性能上有一定的提高，在航空航天、交通运输与武器装备领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种化学热处理技术，尤其是一种通过硼铝共渗的工艺方法来提高钛合金硬度、耐磨损、抗高温氧化和抗高温腐蚀的技术，具体地说是一种钛合金表面硼铝共渗剂及共渗工艺。

背景技术

钛合金因其具有良好的比强度高和比刚度高等一系列性能，而被广泛的使用在海洋以及电子领域，但其硬度、耐磨损、抗高温氧化和耐热腐蚀性上还不能满足航空航天及武器装备领域的要求，限制了其在航天、交通运输及武器装备的广泛应用。表面改性技术能够提高其硬度、耐磨损、抗高温氧化和耐热腐蚀性。钛合金表面渗硼技术能够获得硬度高和耐磨性高的钛合金，但其抗高温氧化和耐热腐蚀性较差；而钛合金表面硼铝共渗技术能够获得抗高温氧化好和耐热腐蚀性好的钛合金，但其硬度和耐磨性高较差。以上两种方法都难以兼顾硬度、耐磨损、抗高温氧化和耐热腐蚀性等问题。而硼铝共渗有望突破同时获得硬度高、耐磨损好、抗高温氧化好和耐热腐蚀性好的钛合金的难题。

迄今为止，尚未有一种具有自主知识产权的能同时兼顾硬度、耐磨损和抗高温性的钛合金表面硼铝共渗工艺方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对目前钛合金的硬度、耐磨损和抗高温性能难以兼顾的问题，发明一种钛合金表面硼铝共渗剂及共渗工艺，希望能通过硼铝共渗获得表面质量好的硼铝共渗层，来提高钛合金硬度、耐磨损、抗高温氧化性和耐热腐蚀性。

本发明的技术方案之一是：

一种钛合金表面硼铝共渗剂，其特征是：其主要由铝、碳化硼、氯化铵和碳化硅组成，其中按质量百分比为：铝20%，碳化硼20%，氯化铵5%，碳化硅55%，称取各组分并进行混合，即获得钛合金表面硼铝共渗剂。

本发明的技术方案之二是：

一种基于钛合金表面硼铝共渗剂的钛合金表面硼铝共渗工艺，其特征是：

首先，对钛合金进行磨抛和清洗，获得清洁表面；

然后，将钛合金放入硼铝共渗剂填充一半的坩埚中，随后再将坩埚填充满、密封并在100±5℃下干燥箱内保温至少1h；

最后，将坩埚放入到箱式电阻炉内在950±10℃的硼铝共渗温度下，保温20 -25h，当渗层制备完成后取出空冷，即可在钛合金表面制得硬度高、耐磨性好、抗高温氧化性好和耐热腐蚀性好的硼铝共渗层。

本发明的有益效果是：

（1）渗硼涂层的硬度为1996 HV是基体（TC4）硬度（328 HV）的6.1倍，硼铝共渗涂层（TC4）的硬度为1221 HV，大约是基体（TC4）硬度的3.72倍。

（2）渗硼涂层（TC4）的表面划痕宽度为845μm比基体（TC4）表面划痕宽度（1108 μm）的降低了32.65%，硼铝共渗涂层的表面划痕宽度为910 μm，比TC4的表面划痕宽度（1108 μm）降低了18.82%。

（3）在相同氧化时间（60 h）的条件下，在900℃的抗高温氧化性比700℃更好，硼铝共渗涂层的氧化质量增益为1.3 mg/cm²，达到完全抗氧化级别，比基体（TC4）氧化质量增益（69.69 mg/cm²）的降低了98.1 %，氧化层的厚度为10 μm，比基体（TC4）氧化层的厚度（590μm）的降低了98.3 %；