【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，涉及激光、液体等离子体、固体相变技术，用于提高海洋用钛合金零部件表面的耐磨蚀性能。
技术介绍
1、在海洋工程装备领域，随着钛合金轻量化材料需求的日益突出以及钛合金应用由结构件向运动件的拓展，钛合金零部件面临着严重的磨蚀问题。通过渗氮技术在钛合金表面原位制备出高硬度，且具有优异耐磨、耐蚀和耐热性能的氮化钛涂层是解决上述问题的有效途径之一。目前钛合金表面渗氮方法包括有气体渗氮、离子渗氮以及激光渗氮等。虽然这些技术取得了一定成效，但在大面积制备氮化层时或多或少存在一些自身固有缺点。如采用气体渗氮时存在渗速慢、降低母材性能以及气氛条件要求高的问题，而当采用激光渗氮时则存在涂层易开裂、表面粗糙度大以及工件变形的问题。
2、近年来，液相等离子体渗氮技术因具有渗速快、能保持机体的原始性能、变形小以及工艺简单环保等优势而得到了广泛关注。该技术主要将金属或合金置于特定电解液中，并利用工件表面放电产生的高温高压等离子体，进而在极短的时间内(几十秒到几分钟)通过热化学、电化学、等离子体电化学和高温相变的共同作用在钛合金表面原位生成氮化层。然而，随着应用的深入，该技术仍存在以下问题：1)加工过程中存在放电不均匀的现象导致渗层分布不均匀；2)渗层氮含量较低，渗层厚度不足；3)氮元素渗入过程中伴随氧化层形成，从而阻挡氮元素进一步扩散；4)难以实现对超大工件不同区域渗氮层的定制化处理。
3、基于上述问题，本专利技术提出一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，即利用
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法。利用激光与液相等离子体的复合，通过激光参数、电解液组分以及电场参数三者之间的有效配合，实现钛合金表面整体或局部氮化层的高质高效原位制备(如图1所示)，提高海洋用钛合金零部件的耐磨蚀性能。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，所述方法如下：
4、对钛合金待处理的表面进行打磨、清洗、风干；以经过预处理的钛合金为阳极、不锈钢管为阴极与加工脉冲电源连接，调整不锈钢管距钛合金的极距离，设定储液槽中电解液的温度，开启泵阀将电解液通过不锈钢管喷射至钛合金表面，同时开启激光器和电源，激光束与电解液同轴到达钛合金表面进行渗氮处理；
5、电解液的组成如下：尿素50-100g/l、甲酰胺30-40g/l、氯化铵20-45g/l、聚乙二醇10-20g/l，溶剂为去离子水；
6、优选不锈钢管的尺寸为：外径5mm，内径2.5mm；
7、渗氮处理时，优选极距离3-12mm，电解液温度80-95℃，电解液流速0.3-1.2mm/s；
8、激光器为光纤激光器，光斑尺寸2mm，激光工作参数如下：功率50-200w，频率10-30khz；
9、加工电源的参数如下：电压250-350v，频率5-10khz，占空比30-60％；
10、加工时，优选扫描速度5-10mm/min，搭接率40-70％。
11、本专利技术的技术原理如下：
12、本专利技术于固态相变，涉及激光与电场两种能场的复合。在电解液环境中，电场用于在阳极表面产生等离子体，而激光用于调控活性元素的产生、迁移以及内扩散，进而实现钛合金的渗氮。
13、单一液相等离子体电解渗氮工艺，是通过电场参数和电解液来实现钛合金表面渗氮层的制备。本专利技术发现引入激光后，可影响阳极表面电场分布、电解液中离子迁移速率，进而改变气体析出特征、放电等离子体特征，并在放电等离子体与激光的复合作用下实现钛合金表面的渗氮。本专利技术通过激光、电解液、电场三者相互影响、相互匹配，突破了现有传统渗氮技术的不足以及单一液相等离子体渗氮技术所存在的放电不均匀、温度和氧化过程控制难以及渗层质量提高受限等瓶颈问题。
14、相对于现有技术，本专利技术的有益效果主要体现在：
15、(1)激光辐照不仅能加快电极反应与放电通道的形成，诱导电场致等离子体产生，还能使得原电场致液相等离子体得到增强；
16、(2)通过激光热-力效应及强等离子体效应的复合作用，可有效促进活性元素的产生和迁移，并加速活性元素内扩散过程，提高渗透效率和深度，解决渗层性能提高受限的问题；
17、(3)可实现对渗氮层宏观选择区域及激光同步辐照微观区域的定制化处理。
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1.一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，所述方法如下：
2.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，不锈钢管的尺寸为：外径5mm，内径2.5mm。
3.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，渗氮处理时，极距离3-12mm，电解液温度80-95℃，电解液流速0.3-1.2mm/s。
4.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，激光器为光纤激光器，光斑尺寸2mm，激光工作参数如下：功率50-200W，频率10-30kHz。
5.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，加工电源的参数如下：电压250-350V，频率5-10kHz，占空比30-60％。
6.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，加工时的扫描速度5-10mm/min，搭接率40-70％。
【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，所述方法如下：
2.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，不锈钢管的尺寸为：外径5mm，内径2.5mm。
3.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相等离子体快速渗氮方法，其特征在于，渗氮处理时，极距离3-12mm，电解液温度80-95℃，电解液流速0.3-1.2mm/s。
4.如权利要求1所述的钛合金表面激光增强液相...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晔，姚建华，吴国龙，殷延益，杨高林，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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