[发明专利]一种提高钛合金工件高温磨损性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高钛合金工件高温磨损性能的方法，它包括以下步骤：首先对钛合金工件（6）进行机械加工及预处理，然后采用多弧离子镀膜机依次进行TiC膜（1）、Mo‑Ti‑Al‑N复合层（2）以及WC‑Ti‑Al‑N复合层（3）的制备，最后采用激光冲击强化的方法对镀膜后的钛合金工件（6）表面进行冲击强化。该方法有效提高α+β钛合金在高温下的耐磨损性能、提高钛合金高温下的使用寿命以及稳定性能；同时，提高膜基之间的结合强度以及减小膜基之间的内应力，避免出现复合层或薄膜脱落的现象。

技术领域

本发明涉及钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种提高钛合金工件高温磨损性能的方法。

背景技术

在各种能源危机、环境污染的挑战之下，工业和尖端技术的迅猛发展，机械设备愈来愈多的需要在高温、高速、高载、强辐射、高氧化和强腐蚀等环境中工作。在日新月异的高新技术产业以及传统工业中，机械设备及其零部件在高温环境中工作引起的磨损失效问题越来越突出。

磨损是材料主要失效形式之一，每年因为磨损失效造成的经济损失十分巨大，高温磨损产生的影响更为严重。α+β钛合金（如TC1（Ti₂Al_1.5Mn）、TC3（Ti₅Al₄V）、TC6（Ti₆Al_2.5Mo_1.5Cr_0.5Fe_0.3Si）、TC4（Ti₆Al₄V）、TC11（Ti_6.5Al_3.5Mo_1.5Zr_0.3Si））具有良好的综合性能，其组织稳定性好、具有良好的低温韧性和塑性、良好的抗海水应力腐蚀以及抗热盐应力腐蚀性能等优异性能，在各个领域得到了广泛的应用。但α+β钛合金具有摩擦系数大、润滑性差、易磨损、热稳定性较差、高温条件下氧化严重等缺点，极大的限制了钛合金在高温条件下的使用寿命，限制了α+β钛合金的应用领域，如航空航天发动机上的涡轮叶片、转动件及紧固件、活塞环、摩擦副运动部件等需要经常在高温条件下工作的领域。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种提高钛合金工件高温磨损性能的方法，其有效提高α+β钛合金在高温下的耐磨损性能，提高其高温下的使用寿命以及稳定性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种提高钛合金工件高温磨损性能的方法，适用于α+β钛合金，其特征在于：首先对钛合金工件进行机械加工以及预处理，然后采用多弧离子镀膜机在钛合金工件表面依次进行TiC膜、Mo-Ti-Al-N复合层以及WC-Ti-Al-N复合层的制备，最后采用激光冲击强化的方法对镀膜后的钛合金工件表面进行大面积激光搭接冲击强化。

在TiC膜上进行Mo-Ti-Al-N复合层与WC-Ti-Al-N复合层的制备，提高钛合金整体的高温耐磨损性能，进而提高钛合金整体的使用寿命。

TiC膜与钛合金工件基体的热膨胀系数相近，其中，工件基体(8.2x10^-6/K)与TiC(7.71x10^-6/K) ，因此，将TiC膜作为钛合金基体表面的基层涂料，可以减少热应力、避免裂纹的产生，提高膜基的结合强度；Mo-Ti-Al-N复合层与WC-Ti-Al-N复合层的热膨胀系数也相近，可以减少两层复合层中的热应力，提高Mo-Ti-Al-N复合层与WC-Ti-Al-N复合层的结合强度。采用激光冲击强化，提高TiC膜与Mo-Ti-Al-N复合层的结合力，进一步提高基底与膜、复合层与复合层之间的结合强度，避免磨损过程中复合层的脱落，也能避免激光直接入射基体表面产生较大的压应力；同时，激光冲击强化能细化复合层表层的晶粒，进一步提高其硬度、进而提高高温耐磨损性能。