一种钛或钛合金部件及其表面硬化方法技术

本发明专利技术涉及一种钛或钛合金部件及其表面硬化方法。所述钛或钛合金部件包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氧或者氧和氮在所述表面扩散而形成的硬化层。所述方法包括：在惰性气体氛围中将所述钛或钛合金部件的钛或钛合金基材加热至规定温度的加热步骤；在所述规定温度下，导入包含惰性气体的混合气体，以及作为硬化处理气体的氧气或者氧气和氮气，对所述基材的表面进行硬化处理的硬化步骤；以及，在惰性气体氛围下，将所述基材冷却至室温的冷却步骤。

A Titanium or Titanium Alloy Component and Its Surface Hardening Method

The invention relates to a titanium or titanium alloy component and a surface hardening method thereof. The titanium or titanium alloy component comprises a titanium or titanium alloy substrate with a hardened layer formed by diffusion of oxygen or oxygen and nitrogen on the surface. The method comprises the following steps: heating the titanium or titanium alloy base material of the titanium or titanium alloy parts to a specified temperature in an inert gas atmosphere; introducing a mixture of gases containing inert gases and oxygen or oxygen and nitrogen as a hardening treatment gas to harden the surface of the base material at the specified temperature; and hardening steps in inertia; The substrate is cooled to room temperature in a gas atmosphere.

【技术实现步骤摘要】
一种钛或钛合金部件及其表面硬化方法
本专利技术涉及一种钛或钛合金部件及其表面硬化方法。
技术介绍
现有技术中，钛或钛合金(以下简称为“钛材”)常用于高级手表的部件、首饰、眼镜框以及其他装饰性产品。但是，钛材的表面硬度低、易于划伤，长期使用过程中光泽度会下降，导致外观品质逐渐下降。为了提高钛材的表面硬度并维持光泽度以及外观品质，多在钛材表面作硬化处理。现有的钛材表面硬化方法存在各种各样的问题。采用大气热氧化方法进行处理时，钛材表面生成的氧化层的颜色呈现灰色，无金属光泽，表面粗糙，应用于一般商品时，通常需再做后处理。采用大气热氧化方法处理后进一步实施真空扩散处理的方法时，钛材表面的结晶粒会变粗大，导致光洁度明显下降，而且不易抛光。采用真空热氧化氮化扩散的处理方法，能够改善结晶粒粗大化和表面粗糙的现象，但在处理过程中，氮气与氧气或水蒸气的比例以及热处理温度必须小心控制，否则会出现钛材表面变色，变粗糙的现象。专利文献1、专利文献2中均公开了真空热氧化氮化扩散处理方法，虽然氮和氧的固溶能够提高材料的表面硬度，但是氮固溶所带来的高硬度值会相对地导致后续镀膜的附着力下降，并且氮的引入也容易引起钛材表面变色与粗糙的现象，降低钛材的外观品质。现有技术文献专利文献1：中国专利CN1214086专利文献2：中国专利CN1380856
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种钛或钛合金部件，该部件既具有较高的表面硬度，又具有较高的光泽度，能够在获得高表面硬度的同时，保持良好的外观品质。本专利技术的第一个方案所涉及的钛或钛合金部件，包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氧在所述表面扩散而形成的硬化层。本专利技术的第二个方案所涉及的钛或钛合金部件，包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氧和氮在所述表面扩散而形成的硬化层。优选地，所述硬化层包括表面透明氧化层，和位于所述表面透明氧化层内侧的扩散层。优选地，所述扩散层的厚度大于所述表面透明氧化层的厚度。优选地，所述硬化层从所述基材的表面向内依次具有表面透明氧化层、外扩散层、和内扩散层，其中，所述外扩散层为所述基材中、所述表面透明氧化层以内、硬度在300Hv以上的区域，所述内扩散层为所述基材中、硬度在300Hv以下的区域。优选地，所述表面透明氧化层比所述外扩散层、内扩散层薄。优选地，所述钛或钛合金部件，可以用作手表、钟表的外部部件。优选地，所述外部部件包括表圈、分齿轮、表背、表带。本专利技术的第三个方案所涉及的钛或钛合金部件的表面硬化方法，包括：在惰性气体氛围中将所述钛或钛合金部件的钛或钛合金基材加热至规定温度的加热步骤；在所述规定温度下，导入包含惰性气体的混合气体，以及作为硬化处理气体的氧气，对所述基材的表面进行硬化处理的硬化步骤；以及，在惰性气体氛围下，将所述基材冷却至室温的冷却步骤。优选地，在所述硬化步骤中，所述硬化处理气体还包括氮气。优选地，在所述硬化步骤中，在导入所述混合气体规定时间后导入所述硬化处理气体，进行所述硬化处理。优选地，在所述硬化步骤中，在导入所述混合气体的同时导入所述硬化处理气体，进行所述硬化处理。优选地，在所述硬化步骤中，循环进行所述硬化处理气体的导入和停止。优选地，在所述硬化步骤中，所述混合气体包括惰性气体和氢气。优选地，在所述硬化步骤后，还包括导入惰性气体，除去氢气的除氢步骤。优选地，所述除氢步骤在比所述硬化步骤更高的温度下进行。本专利技术的钛材，在钛或钛合金的基材的表面具有由氧在表面扩散而形成的硬化层，因此能有效地保护所述基材，获得高表面硬度，并且能够保持高光泽度以及良好的外观品质。本专利技术的钛材，在钛或钛合金的基材的表面具有由氧和氮在表面扩散而形成的硬化层，因此能有效地保护所述基材，获得高表面硬度，并且能够保持高光泽度以及良好的外观品质。本专利技术的钛或钛合金部件的表面硬化方法，通过在钛或钛合金的基材的表面上形成硬化层，从而可获得高表面硬度，而且能够保持高光泽度以及良好的外观品质。附图说明图1为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件的结构示意图。图2为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件截面的扫描电子显微镜(SEM)的测定结果图。图3为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件截面的电子探针微区分析(FE-EPMA-WDS)测定O元素的结果图。图4为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件的另一结构的示意图。图5为本专利技术的第二实施方式的钛或钛合金部件表面硬化方法的流程图。图6为本专利技术的第二实施方式中钛或钛合金部件的硬化深度和硬度之间的关系图。图7为本专利技术的第三实施方式的钛或钛合金部件的结构示意图。图8为本专利技术的第三实施方式的钛或钛合金部件的另一结构的示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。在附图中，对于相同或者相当的构成要素使用相同标号并省略重复的说明。需要注意，以下的实施方式仅为本专利技术的最佳实施方式，本专利技术并不仅限于下述内容。第一实施方式：图1为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件的结构示意图。图1所示的钛或钛合金部件10包括钛或钛合金基材1，在基材1的表面具有由氧在基材1的表面扩散而形成的硬化层2，硬化层2包括表面透明氧化层3、扩散层4。硬化层2可保护基材1，提高基材1的表面硬度、并维持光泽度以及良好的外观品质。表面透明氧化层3的厚度比扩散层4薄。较薄的表面透明氧化层3，可抑制因光干涉作用而产生的变色问题。由于钛与氧气的亲和力高，因此在钛的表面形成的透明氧化层3可阻止外部的氧气与金属钛进一步反应。但是，透明氧化层3的厚度会对基材1的表面外观产生很大的影响。如果透明氧化层3的厚度过厚，会与可见光产生干涉现象，随厚度不同而产生不同的颜色。本专利技术的专利技术人发现，如果透明氧化层3的膜厚小于10nm，基材1的表面会呈现金属光泽；如果透明氧化层3的膜厚在10-25nm，基材1的表面会呈现出金黄色；如果透明氧化层3的膜厚在25-70nm，基材1的表面会呈现出蓝色；如果透明氧化层3的膜厚在70-150nm，基材的表面会显呈现出蓝紫色。因此，在本实施方式中，为了获得良好的金属光泽，保持外观的高光泽度，表面透明氧化层3的厚度被控制在10nm以下。扩散层4是氧在基材1中扩散并固溶而形成的。根据添加元素与钛间的相互作用性质的不同，钛的同素异构转变温度不同。能提高钛的β/α转变温度的元素称为钛的α相稳定元素。氧属于钛的α相稳定元素，其在钛材中具有较大的固溶度。氧在钛中固溶不仅大大提高了钛的α/β相变温度，而且能够显著提高钛材的硬度。本实施方式中，硬化层2主要由氧扩散、固溶而形成的扩散层4构成，扩散层4的形成可以提高钛或钛合金部件10的表面硬度。扩散层4的厚度越厚，固溶氧的含量越高，钛或钛合金部件10表面的硬度越高。图2为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件截面的扫描电子显微镜(SEM)的测定结果图。在图2所示的扫描电子显微镜(SEM)图中，可观测到基材1的表面的厚度约10μm以上的硬化层2区域。如上所述，硬化层2的表面上形成有厚度10nm以下的表面透明氧化层3。扩散层4的厚度远远大于表面透明氧化层3的厚度，因此扩散层4的厚度约等于硬化层2的厚度。图3为本专利技术的第一实施方式的钛或钛合金部件截面的电子探针微区分析(FE-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛或钛合金部件，其包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氧在所述表面扩散而形成的硬化层。

【技术特征摘要】
2017.01.03 CN 20171000067111.一种钛或钛合金部件，其包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氧在所述表面扩散而形成的硬化层。2.一种钛或钛合金部件，其包括钛或钛合金基材，在所述基材的表面具有由氮和氧在所述表面扩散而形成的硬化层。3.根据权利要求1或2所述的钛或钛合金部件，所述硬化层包括表面透明氧化层，和位于所述表面透明氧化层内侧的扩散层。4.根据权利要求3所述的钛或钛合金部件，所述扩散层的厚度大于所述表面透明氧化层的厚度。5.根据权利要求1或2所述的钛或钛合金部件，所述硬化层从所述基材的表面向内依次具有表面透明氧化层、外扩散层、和内扩散层；其中，所述外扩散层为所述基材中、所述表面透明氧化层以内、硬度在300Hv以上的区域，所述内扩散层为所述基材中、硬度在300Hv以下的区域。6.根据权利要求5所述的钛或钛合金部件，所述表面透明氧化层比所述外扩散层、内扩散层薄。7.根据权利要求1-6任一项所述的钛或钛合金部件，其用作手表、钟表的外部部件。8.根据权利要求7所述的钛或钛合金部件，所述外部部件包括表圈、分齿轮、表背、表带。9.一种钛或钛合金部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上宪一，长泽翔太，小林和真，佐藤顺一，刘伍健，刘金福，林天财，高俪芝，
申请(专利权)人：卡西欧计算机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP