一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，属于金属材料表面改性【技术领域】。该方法包括下列步骤：将钛合金工件预处理；钛合金工件连接电源阴极成为工件极，钛基非晶材料连接电源阳极成为加工电极；接通电源，制备钛基非晶涂层。本发明的有益效果是可实现钛合金表面钛基非晶涂层的大面积、快速制备，所获得的钛基非晶涂层具有良好的耐磨性。
【专利说明】一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，属于金属材料表面改性【技术领域】。
【背景技术】
[0002]非晶合金由于其独特的微观结构而表现出比传统晶态材料更优异的物理、化学和力学性能，如极高的强度、硬度，优异的弹性性能，良好的抗腐蚀能力以及耐磨性能等，是一类应用前景广阔的新型金属材料。非晶合金由于原始非晶块体的尺寸和制备工艺极大限制了工业领域内的应用，在产品零件表面制备非晶涂层可以克服非晶材料尺寸上的限制，又能够充分利用非晶合金高强度、高硬度及良好的抗冲击韧性等优异的特性，应用前景广泛。
[0003]钛合金具有高的比强度、优良的耐腐蚀性和生物相容性，已被广泛应用于诸多领域。陈长军在其发表的综述中指出由于钛合金较低的塑性变形能力、低的加工硬化能力和表面氧化膜不具有保护能力等因素造成其耐磨性差。尹振兴发现钛合金的摩擦系数高且不稳定，存在严重的粘着磨损现象，耐磨性差。李争显也在其发明专利(ZL 200710188530.3)指出钛合金不良的摩擦性能与其金属固有的特性有关，例如其导热系数低，摩擦时易粘着磨损甚至烧接现象，耐磨性差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种在钛合金表面形成钛基非晶涂层的制备方法，在钛合金表面制备钛基非晶涂层，可充分发挥非晶合金的优势，并可获得高的涂层-基体结合强度与良好的界面相容性；兼顾钛合金本体力学性能，对于拓展钛合金的应用具有重要意义。
[0005]本发明是采用以下技术方案实现的:
一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，包括下列步骤:
(1)将钛合金工件预处理:将钛合金工件的表面除油后使用SiC水砂纸将钛合金工件进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2)将预处理好的钛合金工件与表面强化处理器电源的阴极连接，成为工件极，再通过夹具将钛基非晶复合材料与表面强化处理器电源的阳极连接，成为加工电极；
(3)接通表面强化处理器的电源，在工件极与加工电极间施加直流电压15~70V，当工件极与加工电极之间的距离低于0.15 mm时，二者之间的气体被电离，产生气体放电现象，即可开始对钛合金工件进行钛基非晶涂层的制备；
(4)将工件极与加工电极间的直流电压调至50~70V，向钛合金工件表面持续通流量为10~20 L/min的氩气流，移动加工电极使放电加工速率控制在0.5~1.5 cm2/min，加工时间为0.5~1.5 h，加工完成后断开表面强化处理器的电源，再维持氩气流5~15 min，使钛合金工件缓冷到室温；通氩气时使通氩气的喷嘴与钛合金工件的距离为10~20 mm,并使喷嘴与钛合金工件之间成30~60 °的夹角。
[0006](5)对获得钛基非晶涂层的钛合金工件进行磨损失重检测，并与未处理的钛合金工件进行对比。
[0007]上述方案中，所述钛基非晶复合材料为梳子状，梳子状结构是由若干条圆柱体平行排列分布组成。
[0008]上述方案中，所述钛合金工件为Ti6A14V工件。
[0009]上述方案中，所述钛基非晶复合材料为Ti46Zr20V12Cu5Bel7。
[0010]本发明的有益效果:可在钛合金表面实现非晶涂层的大面积、快速制备，所获得的钛基非晶涂层具有良好的耐磨性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为涂层制备装置示意图；
图2为图1中钛基非晶复合材料的放大图；
图3为钛基非晶涂层的X射线衍射图；
图4为钛合金和钛基非晶涂层的磨损失重图；
图5为钛合金工件的磨痕图； 图6为钛基非晶涂层的磨痕图。
[0012]图中I一表面强化处理器电源的阳极；2—表面强化处理器电源的阴极；3—钛基非晶复合材料；4一钛合金工件；5—获得钛基非晶涂层的钛合金工件的磨损失重；6—未处理钛合金工件的磨损失重；M—表面强化处理器的电阻元件；N—表面强化处理器的电容元件山一氩气导管及喷嘴出一氩气流；K一未处理钛合金工件的磨痕；S—获得钛基非晶涂层的钛合金工件的磨痕。
【具体实施方式】
[0013]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0014]实施例1:
现以钛合金Ti6A14V为例，钛基非晶复合材料为Ti46Zr20V12Cu5Bel7。
[0015]对本发明进行实施，如图1所示:
(1)将钛合金工件预处理:将钛合金工件4的表面除油后使用SiC水砂纸将钛合金工件进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2)将预处理好的钛合金工件4与表面强化处理器电源的阴极2连接，成为工件极，再通过夹具将梳子状钛基非晶复合材料3与表面强化处理器电源的阳极I连接，成为加工电极；
(3)接通表面强化处理器的电源，在工件极与加工电极间施加直流电压15~70V，当工件极与加工电极之间的距离为0.05 mm时，二者之间的气体被电离，产生气体放电现象，SP可开始对钛合金工件4进行钛基非晶涂层的制备；
(4)将工件极与加工电极间的直流电压调至60V，向钛合金工件4表面持续通流量为的15 L/min的氩气流，移动加工电极使放电加工速率控制在1.0 cm2/min，加工时间为I h，加工完成后断开表面强化处理器的电源，再维持氩气流10 min，使钛合金工件4缓冷到室温；使通氩气的喷嘴与钛合金工件4的距离为15 mm，并使喷嘴与钛合金工件之间成45 °的夹角。[0016](5)对获得的钛基非晶涂层进行磨损失重检测，并与未处理的钛合金工件4进行对比。
[0017]图2中示出了钛基非晶复合材料的放大图，所述钛基非晶复合材料为梳子状，梳子状结构是由若干条圆柱体平行排列分布组成。采用该梳子状的设计，可在钛合金表面实现钛基非晶涂层的大面积、快速制备。
[0018]图3所示，钛基非晶涂层的钛合金工件的X射线衍射图，证明涂层的非晶态特征。
[0019]图4显示，未处理钛合金和钛基非晶涂层钛合金的磨损失重图，钛基非晶涂层钛合金的磨损失重为0.5X10_4 g，未处理钛合金的磨损失重为8.0X10_4 g，钛基非晶涂层钛合金的磨损失重远低于未处理钛合金。
[0020] 图5和图6示出了未处理钛合金和钛基非晶涂层钛合金的磨痕形貌，钛基非晶涂层钛合金的磨痕宽度远低于未处理钛合金，钛基非晶涂层钛合金具有良好的耐磨性。
【权利要求】
1.一种钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，其特征在于:包括下列步骤: (1)将钛合金工件预处理:将钛合金工件的表面除油后使用SiC水砂纸将钛合金工件进行逐级打磨、清洗、干燥备用； (2)将预处理好的钛合金工件与表面强化处理器电源的阴极连接，成为工件极，再通过夹具将钛基非晶复合材料与表面强化处理器电源的阳极连接，成为加工电极； (3)接通表面强化处理器的电源，在工件极与加工电极间施加直流电压15~70V，当工件极与加工电极之间的距离低于0.15 mm时，二者之间的气体被电离，产生气体放电现象，即可开始对钛合金工件进行钛基非晶涂层的制备； (4)将工件极与加工电极间的直流电压调至50~70V，向钛合金工件表面持续通流量为10~20 L/min的氩气流，移动加工电极使放电加工速率控制在0.5~1.5 cm2/min，加工时间为0.5~1.5 h，加工完成后断开表面强化处理器的电源，再维持氩气流5~15 min，使钛合金工件缓冷到室温； (5)对获得钛基非晶涂层的钛合金 工件进行磨损失重检测，并与未处理的钛合金工件进行对比。
2.根据权利要求1所述的钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，其特征在于:所述钛基非晶复合材料为梳子状，梳子状结构是由若干条圆柱体平行排列分布组成。
3.根据权利要求1所述的钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中通氩气流时，使通氩气的喷嘴与钛合金工件的距离为10~20 mm，喷嘴与钛合金工件之间成30~60°的夹角。
4.根据权利要求1所述的钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，其特征在于:所述钛基非晶复合材料为Ti46Zr20V12Cu5Bel7。
5.根据权利要求1所述的钛合金表面钛基非晶涂层的制备方法，其特征在于:所述钛合金工件为Ti6A14V工件。
【文档编号】C23C14/32GK104004998SQ201410247198
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】林乃明, 邹娇娟, 杨慧君, 唐宾 申请人:太原理工大学