[发明专利]一种钛合金表面渗氮工艺

说明书

本发明具体公开一种钛合金表面渗氮工艺。所述方法包括：表面经过预处理的钛合金基体放入真空渗氮装置中，抽真空，将所述真空渗氮装置升温至渗氮温度；所述渗氮温度为400‑1300℃；向所述真空渗氮装置内通入氮化气体，氮化0.1‑15h，通入惰性气体，冷却至室温，即可在钛合金表面形成氮化钛层；所述氮化气体为体积比为1:0‑5的氮气和氩气。本发明所提供的钛合金表面渗氮工艺，可根据钛合金服役的具体要求，在低温和高温下制备不同性能的改性钛合金，其中，氮化钛层的厚度可达到20‑200μm，硬度最高可达到2100HV_0.5，平均磨损失重为1.67‑3.14g，相比基体硬度和耐磨性明显提高。

技术领域

本发明涉及钛合金表面改性技术领域，尤其涉及一种钛合金表面渗氮工艺。

背景技术

钛合金与其他金属材料相比，具有密度低、比强度高、抗蚀性能和抗低温、高温性能优越的优点，因此，被广泛应用于军事工业、核工业、化工行业以及汽车工业等领域。然而，钛合金表面的硬度较低，耐磨性能较差，对粘着磨损和微动磨损非常敏感，因而其使用范围受到了很大的限制。如何改善钛合金的硬度和耐磨性成为研究钛合金领域的热点之一。

钛的氮化物具有高熔点、高硬度、以及耐磨性和高温稳定性能优异等优点。在钛合金表面制备钛的氮化物改性层是提高其表面硬度，改善其耐磨性，延长其使用寿命，扩大其使用范围的有效措施。目前，主要采用磁控溅射、离子渗氮、激光气体氮化及气体渗氮方法在钛合金表面制备钛的氮化物改性层。磁控溅射法处理膜层和基体间存在明显界面，结合强度差，涂层薄；离子渗氮不能对形状复杂的零件进行处理，且成本较高；激光渗氮容易出现组织缺陷(如气孔等)和裂纹。气体渗氮简单易行，成本低廉，可以在钛合金表面形成氮化物硬质相，显著提高耐磨性能和腐蚀性能，因此，受到了越来越广泛的应用。但是，现有气体渗氮一般是在低温下进行渗氮，存在氮化速度慢、渗层薄、渗层脆及处理时间过长等缺点，制备得到的改性钛合金不能满足工业生产长期服役的要求，

发明内容

针对现有技术中一般是在低温下进行渗氮，且存在氮化速度慢、渗层薄、渗层脆及处理时间过长等缺点的问题，本发明提供一种钛合金表面渗氮工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种钛合金表面渗氮工艺，具体包括以下步骤：

步骤a，将表面经过预处理的钛合金基体放入真空渗氮装置中，抽真空，将所述真空渗氮装置升温至渗氮温度；所述渗氮温度为400-1300℃；

步骤b，向所述真空渗氮装置内通入氮化气体，氮化0.1-15h，通入惰性气体，冷却至室温，即可在钛合金表面形成氮化钛层。

相对于现有技术，可根据钛合金服役的具体要求，在低温和高温下制备不同性能的改性钛合金，同时还解决了现有制备工艺制备得到的改性钛合金表面粗糙、存在裂纹、组织不均匀等问题。通过本发明提供的渗氮工艺制备得到的改性钛合金，氮化钛层的厚度可达到20-200μm，硬度最高可达到2100HV_0.5，平均磨损失重为1.67-3.14g，摩擦系数为0.15-0.36，相比基体硬度和耐磨性明显提高，制备得到的氮化钛层晶粒细小且分布均匀，表面平整无裂纹，且工艺简单，可控性强，具有广阔的应用前景。

优选的，步骤a中，所述渗氮温度为400-900℃。

优选的，当渗氮温度为400-900℃，步骤b中，所述氮化气体为体积比为1:0-1的氮气和氩气的混合气体。

优选的，当渗氮温度为400-900℃，步骤b中，氮化时间为3-15h。

采用在400-900℃低温条件下渗氮，且采用体积比为1:0-1的氮气和氩气的混合气体，可使氮原子在基体组织中均匀扩散，有利于改善渗氮层的平整度，使渗氮层无凹坑和凸起等缺陷，进而提高碳化氮层的耐磨性和硬度。

优选的，步骤a中，所述渗氮温度为900-1300℃。