[发明专利]一种钛合金离子渗氮方法

说明书

本发明公开了一种钛合金离子渗氮方法，涉及表面处理技术领域。其包括将工件置于等离子氮化炉中，通入渗氮气体，控制渗氮电压为500‑700V，控制等离子氮化炉内的温度缓慢升至750‑950℃，气压为500‑1500Pa，保温得到所需的渗层厚度；渗氮气体包括含氮气体、氢气、氩气和催渗剂，催渗剂包括稀土氧化物、含氧气体和含碳气体中的至少一种。本发明提供的渗氮方法具有渗速快、可降低渗氮温度，渗层厚、硬度高、耐磨性能好，工件变形小的特点。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体而言，涉及一种钛合金离子渗氮方法。

背景技术

钛及钛合金具有优良的综合性能，在航空航天以及汽车等领域获得广泛应用。然而钛合金表面硬度低，耐磨性能差，这限制了钛合金的广泛应用。离子渗氮是常用的表面处理方法，可以获得渗层厚、表面硬度高的表面。目前，常用的离子渗氮处理方法存在渗速慢、渗氮时间长、渗氮过程温度高等缺陷，影响工件的组织结构和性能。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金离子渗氮方法以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种钛合金离子渗氮方法，其包括将工件置于等离子氮化炉中，通入渗氮气体，控制渗氮电压为500-700V，控制等离子氮化炉内的温度缓慢升至750-950℃，气压为500-1500Pa，保温得到所需的渗层厚度；渗氮气体包括含氮气体、氢气、氩气和催渗剂，催渗剂包括稀土氧化物、含氧气体和含碳气体中的至少一种。

本发明在渗氮气体中加入催渗剂可以显著降低钛合金的渗氮温度，提高渗速，减少工件变形量，同时可以获得韧性好，硬度高，耐磨性能好和耐腐蚀性能好的钛合金渗层。

催渗剂中的稀土氧化物可以细化渗层晶粒、净化晶界、提高渗速，获得韧性好，硬度高的渗层组织。

催渗剂中的含氧气体可以加快渗速，降低离子渗温度，增加渗层厚度，形成的氧化钛有助于提高渗层耐磨性能和耐腐蚀性能。

催渗剂中的含碳气体可以加快渗速，使钛合金表面形成含碳相，有利于提高渗层的耐磨性能。

在通入渗氮气体后，通过控制渗氮电压和气压，逐步升高离子氮化炉内的温度至指定温度后，在该温度下保温，在该温度下，钛合金的表面形成一层氮化物层，氮化物层相较于其他表面改性层有着渗层和基体结合力强，在摩擦过程中不易脱落，渗层厚度大，在摩擦过程中不易被磨穿的优点。此外，渗层可以显著的提高钛合金表面的显微硬度，提高钛合金的耐磨性。

升温的梯度与工件的大小有关，工件越大，升温速率越慢，升温时间越长，反之，则升温时间越短。

在本发明应用较佳的实施例中，上述渗氮气体含有如下体积百分含量的组分：氢气5-50％，氩气10-30％，催渗剂0.5-40％，余量为含氮气体。

在上述渗氮气体百分比条件下，可以在钛合金的表面快速制备得到韧性好，硬度高，耐磨性能好和耐腐蚀性能好的钛合金渗层。

在本发明应用较佳的实施例中，上述渗氮气体含有如下体积百分含量的组分：氢气5-50％，氩气10-30％，稀土氧化物0-10％，含氧气体1-40％，余量为含氮气体。

在本发明应用较佳的实施例中，上述渗氮气体含有如下体积百分含量的组分：氢气5-50％，氩气10-30％，稀土氧化物0.5-10％，含氧气体0-40％，含碳气体1-40％，余量为含氮气体。

在本发明应用较佳的实施例中，上述渗氮气体含有如下体积百分含量的组分：氢气5-50％，氩气10-30％，稀土氧化物0.5-10％，含氧气体1-40％，含碳气体0-40％，余量为含氮气体。