一种耐腐蚀高强度钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钛合金技术领域，具体是一种耐腐蚀高强度钛合金及其制备方法，采用等离子体基低能渗氮来提高钛合金的强度、耐磨性、耐腐蚀性，在渗氮前先采用注入稀土离子来预渗透；利用激光标刻技术对钛合金表面进行网格状激光扫描，然后加入一步的低压微弧氧化处理，构成微纳结构，然后涂覆超疏水涂料进行封孔，得到具有耐久性的超疏水钛合金表面；用硅酸乙酯、正辛基三甲氧基硅烷制备硅氧烷改性溶胶，用复合钛基有机框架、十七氟癸基三甲氧基硅烷对其进行处理，得到复合钛基有机框架改性氟化硅溶胶，并加入到环氧树脂中，用聚乙烯亚胺作为固化剂，在钛合金表面构建具有机械耐久性、耐候性和防腐性的超疏水表面。耐候性和防腐性的超疏水表面。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀高强度钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钛合金
，具体是一种耐腐蚀高强度钛合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金是一种广泛应用于航天、汽车、船舶等领域的合金材料，其中TC6钛合金是能在400
‑
450℃下长时期工作的耐热钛合金，塑性高、变形抗力小，具有优良的热加工性能，可以生产各种规格的棒材、锻件和模锻件。
[0003]但是钛合金本身也存在一定的缺陷，如硬度较低、耐磨性较差，在缺氧无氧或高温酸性等环境下易发生腐蚀，因此开发一种耐腐蚀高强度的钛合金具有现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀高强度钛合金及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：取TC6钛合金为钛合金基体，磨砂、抛光，得到表面粗糙度为0.02
‑
0.04μm的钛合金，注入稀土离子，得到预处理钛合金；
[0008]S2：采用等离子体基低能注入将氮离子渗入预处理钛合金中，得到渗氮钛合金；
[0009]S3：利用激光标刻技术对渗氮钛合金表面进行激光扫描，得到刻蚀钛合金；
[0010]S4：将刻蚀钛合金放入微弧氧化电解液中，进行低压微弧氧化，得到改性钛合金；
[0011]S5：用复合钛基有机框架改性氟化硅溶胶、环氧树脂、聚乙烯亚胺制备超疏水涂料；
[0012]S6：将超疏水涂料涂覆到改性钛合金上，固化，得到一种耐腐蚀高强度钛合金。
[0013]本专利技术中采用等离子体基低能渗氮来提高钛合金的强度、耐磨性、耐腐蚀性，与市场现有的高压渗氮相比，起到节约能源，绿色生产的要求。在渗氮前先采用注入稀土离子来预渗透，起到细化钛合金晶粒的效果，同时提高钛合金自身强度及为后续渗氮的深入提供前提条件，解决现有技术中单独渗氮得到的渗氮层厚度较薄的问题。
[0014]在稀土离子注入中，选用质量比为1：2复配的稀土锶与稀土硼共同作用，提高钛合金的抗裂纹性能，注入稀土硼，在钛合金表面获得了均匀、致密由TiB2、TiB化合物层和a
‑
Ti(B)扩散层构成的表面渗层，与基体冶金结合，且具有较高的显微硬度；同时加入稀土锶，有效提高了渗硼效率，增加硼钛化合物的厚度，从而促进TiB晶须生长，且锶具有一定的生物相容性，在改善钛合金抗腐、耐磨的同时提升其与后续涂层之间的结合力，从而延长使用寿命。
[0015]进一步的，稀土离子为稀土锶与稀土硼以质量比1：2复配得到，稀土离子的注入质量与TC6钛合金的质量比为0.02
‑
0.03％。
[0016]进一步的，注入稀土离子的工作条件为：由脉冲阴极弧金属离子体源来产生锶、硼
等离子体，由灯丝热电子发射使气体电离来产生锶、硼等离子体，其中工作气压为3
×
10
‑3Pa，注入电压18kV，脉冲重复频率30Hz，脉冲宽度200μs，注入时间为5min。
[0017]进一步的，等离子体基低能注入的工作条件为：将预处理钛合金放置在渗氮炉内热电偶上，将炉内气压抽真空至3Pa保持8
‑
10h，然后通入氮气混合气体，温度为800℃保温8h，然后随炉冷却至200℃后自然冷却。
[0018]进一步的，氮气混合气体为氮气与氩气混合，氮气与氩气的初始体积比为2：3，至保温结束氮气与氩气的体积比为3：2，过程中氮气与氩气匀速变化，且总气体体积不变。
[0019]等离子体基低能注入氮离子的过程中，对氮气混合气体中氮气采用动态均匀提高的手段冲入，从而得到具有梯度硬度的钛合金表面，从而改善钛合金的强度。
[0020]本专利技术为了进一步提升钛合金的耐腐蚀性，在钛合金表面构建具有机械稳定性的超疏水表面，并得到自清洁、油水分离等功能特性，具有广阔的应用前景。
[0021]利用激光标刻技术对钛合金表面进行网格状激光扫描，然后加入一步的低压微弧氧化处理，在原先的规则网格状阵列结构表面生成一层复合陶瓷层，构成微纳结构，然后涂覆超疏水涂料进行封孔，得到具有耐久性的超疏水钛合金表面，从而大幅提升钛合金的抗腐蚀能力。
[0022]进一步的，激光扫描的工作条件为：利用波长为1064nm的光纤激光打标机，标刻所用功率为5％，激光频率恒定20kHz，激光扫描速率为120mm/s、线间距为60μm。
[0023]进一步的，低压微弧氧化的工作条件为：温度25
‑
30℃，电源模式为双脉冲，氧化时间为30min，正向终电压为300V，负向终电压为80V，电流密度1.5A/dm2，频率为500Hz，正向脉冲与负向脉冲占空比均为20％；低压微弧氧化所用电解液为：以去离子水为溶剂，其中乙酸钙26.4g/L、氢氧化钠5g/L、硅酸钠5g/L、氟化铵5g/L。
[0024]进一步的，低压微弧氧化形成的复合陶瓷层厚度为10μm。
[0025]本专利技术用硅酸乙酯、正辛基三甲氧基硅烷制备硅氧烷改性溶胶，用复合钛基有机框架、十七氟癸基三甲氧基硅烷对其进行处理，得到复合钛基有机框架改性氟化硅溶胶，并加入到环氧树脂中，用聚乙烯亚胺作为固化剂，通过C
‑
O
‑
Ti键稳固的连接在一起，在钛合金表面构建具有机械耐久性、耐候性和防腐性的超疏水表面，从而延长钛合金的使用寿命，并扩大其使用范围。
[0026]进一步的，以质量份数计，钛基有机框架改性氟化硅溶胶1
‑
5份、环氧树脂5
‑
10份、聚乙烯亚胺1
‑
5份。
[0027]进一步的，复合钛基有机框架改性氟化硅溶胶的制备包括以下步骤：
[0028](1)将硅酸乙酯、无水乙醇混合搅拌10
‑
15min，加入正辛基三甲氧基硅烷继续搅拌15
‑
20min，加入氨水，超声搅拌1
‑
2h，静置20
‑
22h，得到硅氧烷改性溶胶；
[0029](2)将2
‑
氨基对苯二甲酸、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇混合，加入钛酸四丁酯搅拌10
‑
20min，加入冰乙酸搅拌20
‑
30min，升温至150℃保温20
‑
22h，依次用N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇洗涤3
‑
5次，离心、干燥，得到钛基有机框架；
[0030](3)将钛基有机框架、硝酸锌、乙醇、去离子水混合，加入尿素，搅拌15
‑
20min，升温至130℃保温18
‑
20h，加入2
‑
巯基苯并咪唑保温1
‑
2h，依次用去离子水和乙醇洗涤3
‑
5次，干燥，得到复合钛基有机框架；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取TC6钛合金为钛合金基体，磨砂、抛光，得到表面粗糙度为0.02
‑
0.04μm的钛合金，注入稀土离子，得到预处理钛合金；S2：采用等离子体基低能注入将氮离子渗入预处理钛合金中，得到渗氮钛合金；S3：利用激光标刻技术对渗氮钛合金表面进行激光扫描，得到刻蚀钛合金；S4：将刻蚀钛合金放入微弧氧化电解液中，进行低压微弧氧化，得到改性钛合金；S5：用复合钛基有机框架改性氟化硅溶胶、环氧树脂、聚乙烯亚胺制备超疏水涂料；S6：将超疏水涂料涂覆到改性钛合金上，固化，得到一种耐腐蚀高强度钛合金。2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，稀土离子为稀土锶与稀土硼以质量比1：2复配得到，稀土离子的注入质量与TC6钛合金的质量比为0.02
‑
0.03％。3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，注入稀土离子的工作条件为：由脉冲阴极弧金属离子体源来产生锶、硼等离子体，由灯丝热电子发射使气体电离来产生锶、硼等离子体，其中工作气压为3
×
10
‑3Pa，注入电压18kV，脉冲重复频率30Hz，脉冲宽度200μs，注入时间为5min。4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，等离子体基低能注入的工作条件为：将预处理钛合金放置在渗氮炉内热电偶上，将炉内气压抽真空至3Pa保持8
‑
10h，然后通入氮气混合气体，温度为800℃保温8h，然后随炉冷却至200℃后自然冷却。5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，氮气混合气体为氮气与氩气混合，氮气与氩气的初始体积比为2：3，至保温结束氮气与氩气的体积比为3：2，过程中氮气与氩气匀速变化，且总气体体积不变。6.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，激光扫描的工作条件为：利用波长为1064nm的光纤激光打标机，标刻所用功率为5％，激光频率恒定20kHz，激光扫描速率为120mm/s，线间距为60μm。7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强度钛合金的制备方法，其特征在于，低压微弧氧化的工作条件为：温度25
‑
30℃，电源模式为双脉冲，氧化时...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯奇，孙小刚，权重阳，文锐，陈炳豊，
申请(专利权)人：宝鸡市永盛泰钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：