一种TC4钛合金表面复合处理的方法技术

本发明专利技术属于TC4钛合金表面处理技术领域。为了提高TC4钛合金的表面硬度和耐磨的综合性能，本发明专利技术公开了一种TC4钛合金表面复合处理的方法。该方法包括：步骤S1，对TC4钛合金进行氧化处理；步骤S2，对经过步骤S1中氧化处理的TC4钛合金进行真空热处理，其中真空压力保持在1×10

【技术实现步骤摘要】
一种TC4钛合金表面复合处理的方法
本专利技术属于TC4钛合金表面处理
，具体涉及一种TC4钛合金表面复合处理的方法。
技术介绍
钛合金由于其密度仅为4.51g/cm3,不及钢密度的60％，并且比强度高，无磁性，透声性能好，抗冲击，在大多数酸、碱和盐溶液中均有优异的耐腐蚀性能，对海水尤其是污染后的海水的耐腐蚀性能极其优越，而被广泛地应用于航空航天、常规武器、石油化工、船舰和生物医学等领域。其中，TC4钛合金是钛合金中运用最为广泛的合金，是一种全球通用的钛合金，不仅在室温且在高温下仍具有良好的力学性能、优异的抗疲劳和抗裂纹扩展能力、优异的抗腐蚀性能、具有优异的综合性能和良好的工艺性能。然而，TC4钛合金的硬度一般不超过350HV，较钢等常用材料的硬度要低，而且其表面的耐摩擦磨损性也较差，由此制约了TC4钛合金在管道、阀门及配件等要求具备高硬度、高耐磨性等特殊环境的使用和推广。
技术实现思路
为了提高TC4钛合金的硬度和表面耐磨损性能，本专利技术提出了一种TC4钛合金表面复合处理的方法，以提高TC4钛合金的表面硬度和耐磨性的综合性能。本专利技术的TC4钛合金表面复合处理的方法，具体包括以下步骤：步骤S1，对TC4钛合金进行氧化处理；步骤S2，对经过步骤S1中氧化处理的TC4钛合金进行真空热处理，其中真空压力保持在1×10-3～1×10-1pa；步骤S3，对经过步骤S2中真空热处理的TC4钛合金进行物理气相沉积处理，在TC4钛合金表面形成复合膜。优选的，在所述步骤S1的氧化处理中，氧化温度为650～950℃，氧化时间为0.5～1h。进一步优选的，在所述步骤S1的氧化处理中，氧化温度为700～800℃。优选的，在所述步骤S2的真空热处理中，处理温度为650～950℃，处理时间为20～24h。进一步优选的，在所述步骤S2的真空热处理中，处理温度为700～800℃，处理时间为22～24h。优选的，在所述步骤S3的物理气象沉积处理中，选用TIN作为表面涂层介质。进一步优选的，在所述步骤S3的物理气象沉积处理中，将温度控制为300～350℃，时间为3h。优选的，在所述步骤S1中，对TC4钛合金进行氧化处理前预先进行表面的清洁和烘干处理。优选的，在所述步骤S3中，对TC4钛合金进行物理气相沉积处理之前，预先对完成步骤S2中真空热处理的TC4钛合金进行表面修整处理。进一步优选的，对TC4钛合金进行表面研磨修整使其表面粗糙度≤R0.8μm。在本专利技术的技术方案中，通过对TC4钛合金依次进行氧化处理、真空热处理以及物理气象沉积处理，并且对氧化处理过程中的温度和时间以及真空热处理过程中的真空压力值和温度时间进行精准控制，从而可以通过氧化处理在TC4钛合金表面形成具有一定硬度的氧化层作为后续处理基础上，再利用该氧化层作为氧库进行真空热处理，以增强氧化层向TC4钛合金基体内部的扩散，提升TC4钛合金表面氧化层厚度的同时，进一步为后续的物理气相沉积提供良好的硬度梯度和结合介质，这样再通过对TC4钛合金进行物理气相沉积后，就可以在真空热处理所形成氧化层的表面产生一层硬度高、结合牢固的物理气象沉积薄膜，从而最终在TC4钛合金表面形成由氧化层和物理气象沉积层构成并且硬度高、厚度大、结合力强的复合膜，达到对TC4钛合金表面硬度和耐磨性的综合性能提升。附图说明图1为采用实施例1方法对TC4钛合金工件进行表面处理的流程示意图；图2为对实施例1所获得TC4钛合金进行压痕测试形成的图片；图3为实施例1所获得TC4钛合金中PVD层厚度的金相照片图4为对比例1所获得TC4钛合金中硬度层厚度的金相照片；图5为对比例2所获得TC4钛合金中硬度层厚度的金相照片；图6为对对比例3所获得TC4钛合金进行压痕测试形成的图片；图7为对比例3所获得TC4钛合金中PVD层厚度的金相照片；图8为对对比例4所获得TC4钛合金进行压痕测试形成的图片；图9为对比例4所获得TC4钛合金中PVD层厚度的金相照片。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细介绍。实施例1结合图1所示，采用本专利技术中实施例1的技术方案对TC4钛合金工件进行表面复合处理，具体步骤如下：步骤S1，对TC4钛合金工件进行氧化处理。在本实施例中，预先对进行氧化处理的TC4钛合金工件进行除锈和除油的表面清洁处理和烘干处理，例如借助超声波清洗机对TC4钛合金工件的表面清洁处理并对清洁后的TC4钛合金工件进行烘干处理，从而避免存留在TC4钛合金工件表面的油污、锈迹等杂志对氧化处理的影响，保证氧化处理后获得均匀的氧化层。同样，在其他实施例中，也可以根据TC4钛合金工件尺寸选用其他方式对其进行表面清洁处理。其中，针对TC4钛合金进行的氧化处理，在本实施例中，选用箱式炉进行氧化处理操作，将TC4钛合金工件置于炉内并且将炉内温度升至700～800℃，保温40min，从而在TC4钛合金工件表面生成一层厚度和硬度均匀的氧化层。在其他实施例中，根据待氧化处理TC4钛合金工件的尺寸和形状，可以对炉内的温度和氧化时间进行调整以将氧化温度控制在650～950℃之间，将氧化时间控制在0.5～1h，以保证可以在TC4钛合金表面形成一层厚度均匀、硬度稳定的氧化层。步骤S2，对经过氧化处理的TC4钛合金工件进行真空热处理。在本实施例中，将经过步骤S1中氧化处理后的TC4钛合金置于真空热处理炉中，对真空热处理炉进行抽真空至1×10-3～1×10-1pa，并加热至700～800℃保温22h。在此过程中，可以使位于TC4钛合金工件表面氧化层中的氧增强扩散至TC4钛合金工件的基体中，并由此在TC4钛合金工件的表面形成一层厚度更大的氧化增强区域，同时将其表面硬度保持在大约600～750HV。同样，在其他实施例中，根据TC4钛合金工件的尺寸和形状，可以在650～950℃以及22～24h区间内调整真空热处理的温度和时间，从而使TC4钛合金工件表面形成有效氧化增强区域的同时，将其表面硬度控制在600～750HV之间。步骤S3，对经过真空热处理的TC4钛合金工件进行物理气相沉积处理，在TC4钛合金表面形成复合膜。在本实施例中，选用TIN作为物理气相沉积的表面涂层介质，并且在300～350℃的温度下，对TC4钛合金工件进行3h的物理气象沉积处理，从而在TC4钛合金工件的表面形成由TIN薄膜和氧化扩散层相结合的复合膜，从而获得标记为“氧化+真空热处理+PVD”的TC4钛合金。优选的，在本实施例中，对经过真空热处理的TC4钛合金进行物理气相沉积之前，预先对TC4钛合金工件进行表面修整处理，以提高其表面的平整效果，保证所形成TIN薄膜可以均匀的覆盖在TC4钛合金表面。其中，在本实施例中，通过对TC4钛合金进行研磨处理，使其表面粗糙度≤R0.8μm，以保证其表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1，对TC4钛合金进行氧化处理；/n步骤S2，对经过步骤S1中氧化处理的TC4钛合金进行真空热处理，其中真空压力保持在1×10

【技术特征摘要】
1.一种TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，对TC4钛合金进行氧化处理；
步骤S2，对经过步骤S1中氧化处理的TC4钛合金进行真空热处理，其中真空压力保持在1×10-3～1×10-1pa；
步骤S3，对经过步骤S2中真空热处理的TC4钛合金进行物理气相沉积处理，在TC4钛合金表面形成复合膜。


2.根据权利要求1所述的TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，在所述步骤S1的氧化处理中，氧化温度为650～950℃，氧化时间为0.5～1h。


3.根据权利要求2所述的TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，在所述步骤S1的氧化处理中，氧化温度为700～800℃。


4.根据权利要求1所述的TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，在所述步骤S2的真空热处理中，处理温度为650～950℃，处理时间为20～24h。


5.根据权利要求4所述的TC4钛合金表面复合处理的方法，其特征在于，在所述步骤S2的真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹驰，刘洪军，赵宸琛，陈志林，牟鑫斌，罗丽萍，林家豪，张果林，胡柏林，
申请(专利权)人：兰州理工大学温州泵阀工程研究院，兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33