一种制备钛合金表面氮化层的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备钛合金表面氮化层的方法，属于钛合金表面改性技术领域，将钛合金材料切割成块体样品，对块体样品的表面进行打磨，然后清洗并干燥，清除块体样品表面的杂质；将块体样品放置到基板上，按块体样品的形状预置卡件，将卡件罩设在块体样品上，在卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片盖在卡件的顶部开口处；依照预设的激光参数启动激光器对块体样品进行激光氮化处理；将表面氮化后的块体样品取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温。本发明专利技术提供的一种制备钛合金表面氮化层的方法，得到的氮化层均匀致密、表面平整度高、表面性能优异，该工艺操作简单易于操作并且成本较低。

A Method for Preparing Nitride Layer on Titanium Alloy Surface

【技术实现步骤摘要】
一种制备钛合金表面氮化层的方法
本专利技术属于钛合金表面改性
，更具体地说，是涉及一种制备钛合金表面氮化层的方法。
技术介绍
钛合金与其他金属相比具有很多优异的性能，钛合金的密度低、比强度高、抗蚀性能和抗高低温性能优越，目前被广泛应用于军事工业、核工业、化工行业以及汽车工业等领域。然而，钛合金的表面硬度较低，在高温高压等恶劣条件下的耐磨损能力明显减弱，其表面对粘着磨损和微动磨损较为敏感等缺点减少了钛合金工件的使用寿命，进而制约了钛合金的进一步应用。氮化钛具有高硬度、高熔点、高耐磨性和高温化学稳定性等优点，是一种应用广泛的陶瓷相。但是，现有的表面氮化技术合金表面氮化层具有硬度和耐磨性能提高不明显、氮化层晶粒粗大、组织不均匀、制作成本较高、存在残余应力以及表面粗糙度较大等一系列的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备钛合金表面氮化层的方法，旨在解决现有技术中存在的硬度和耐磨性能提高较小、氮化层晶粒粗大、组织不均匀、制作成本较高、存在残余应力以及表面粗糙度较大的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种制备钛合金表面氮化层的方法，包括以下步骤：预处理步骤，将钛合金材料切割成块体样品，对所述块体样品的表面进行打磨，然后清洗并干燥，清除所述块体样品表面的杂质；倒入液氮步骤，将所述块体样品放置到基板上，按所述块体样品的形状预置卡件，将所述卡件罩设在所述块体样品上，在所述卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片盖在所述卡件的顶部开口处；激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对所述块体样品进行激光氮化处理；后处理步骤，将表面氮化后的所述块体样品取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温。进一步地，所述壁体的顶部高于所述块体样品的表面5～15mm。进一步地，所述液氮高于所述块体样品表面1～4mm。进一步地，所述玻璃片的透光率在80％以上，所述玻璃片的厚度在2～8mm之间。进一步地，所述激光参数为激光功率50～450W，激光扫描速度为1～20mm/s，搭接率10～50％，光斑直径1～5mm。进一步地，所述真空去应力退火中炉内真空度为1×10-3Pa，炉内温度400～800℃。进一步地，所述预设时间为30～180min。进一步地，所述激光器为YLM-450/4500-QCW-MM型激光焊接/切割系统。进一步地，所述卡件包括：壁体，罩设在所述块体样品的表面上；和补液器，通过进液口与所述壁体连接，用于向所述壁体的内部补充液。进一步地，所述卡件还包括密封圈，所述密封圈的侧面与所述壁体的内壁连接，且设有用于与所述块体样品抵接的倾斜面，所述密封圈用于密封所述壁体与所述块体样品之间的间隙。本专利技术提供的管道连接的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术公开了一种制备钛合金表面氮化层的方法，将钛合金材料切割成块体样品，并对块体样品的表面进行预处理步骤，即对块体样品的表面进行打磨，然后清洗并干燥，从而清除块体样品表面的杂质，减少杂质对所形成的氮化层的影响，提高氮化质量；之后进入倒入液氮步骤，将块体样品放置到基板上，按块体样品的形状预置卡件，将卡件罩设在块体样品上，在卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片盖在卡件的顶部开口处，收纳槽使液氮在实验过程中不至于流失，卡件根据块体样品的尺寸套设在块体样品的外边，从而完成了激光氮化处理的准备阶段，然后进行激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对块体样品进行激光氮化处理，最后为后处理步骤，将表面氮化后的块体样品取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温，最终得到均匀致密、表面平整度高、表面性能优异的钛合金表面氮化层结构，该制备钛合金表面氮化层工艺简单成本较低，并且易于操作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的块体样品的安装固定结构示意图；图2为本专利技术实施例2提供的块体样品的安装固定结构示意图；图3是本专利技术实施例1提供的一种氮化处理后制备的氮化钛涂层的截面形貌图；图4是本专利技术实施例2提供的一种氮化处理后制备的氮化钛涂层的截面形貌图；图5是本专利技术实施例3提供的一种氮化处理后制备的氮化钛涂层的截面形貌图；图6是本专利技术实施例4提供的一种氮化处理后制备的氮化钛涂层的截面形貌图。图中：1、玻璃片；2、液氮；3、密封圈；4、块体样品；5、补液器；6、出气口；7、壁体。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-6所示，现对本专利技术提供的一种制备钛合金表面氮化层的方法进行说明。一种制备钛合金表面氮化层的方法，包括以下步骤：预处理步骤，将钛合金材料切割成块体样品4，对所述块体样品4的表面进行打磨，然后清洗并干燥，清除所述块体样品4表面的杂质。倒入液氮2步骤，将所述块体样品4放置到基板上，按所述块体样品4的形状预置卡件，将所述卡件罩设在所述块体样品4上，在所述卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片1盖在所述卡件的顶部开口处。激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对所述块体样品4进行激光氮化处理。后处理步骤，将表面氮化后的所述块体样品4取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温。本专利技术提供的管道连接的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术公开了一种制备钛合金表面氮化层的方法，将钛合金材料切割成块体样品4，并对块体样品4的表面进行预处理步骤，即对块体样品4的表面进行打磨，然后清洗并干燥，从而清除块体样品4表面的杂质，减少杂质对所形成的氮化层的影响，提高氮化质量；之后进入倒入液氮2步骤，将块体样品4放置到基板上，按块体样品4的形状预置卡件，将卡件罩设在块体样品4上，在卡件围设的空间内倒入液氮2，然后将玻璃片盖在卡件的顶部开口处，收纳槽使液氮2在实验过程中不至于流失，卡件根据块体样品4的尺寸套设在块体样品4的外边，从而完成了激光氮化处理的准备阶段，然后进行激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对块体样品4进行激光氮化处理，最后为后处理步骤，将表面氮化后的块体样品4取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温，最终得到均匀致密、表面平整度高、表面性能优异的钛合金表面氮化层结构，该制备钛合金表面氮化层工艺简单成本较低，并且易于操作。作为本专利技术提供的管道连接件的一种具体实施方式，请参阅图1，卡件的上端面高于块体样品4表面3～15mm，在壁体7的上端盖上玻璃片1后，玻璃片1与块体样品4之间形成了腔体，用于盛放液氮2，根据实验要求的不同，在激光氮化过程中，若块体样品4表面积较小，实验过程中，液氮2气化程度较低，卡件、块体样品4和玻璃片1可以组成密闭空间。而对于块体样品4表面积较大，或者氮化过程中液氮2需求较大，导致在实验过程中液氮2气化产生的氮气较多，则可在卡件上部开设格栅状开口，玻璃片1可放置在格栅状开口的上端，格栅状开口用于疏散液氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钛合金表面氮化层的方法，其特征在于，包括以下步骤：预处理步骤，将钛合金材料切割成块体样品，对所述块体样品的表面进行打磨，然后清洗并干燥，清除所述块体样品表面的杂质；倒入液氮步骤，将所述块体样品放置到基板上，按所述块体样品的形状预置卡件，将所述卡件罩设在所述块体样品上，在所述卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片盖在所述卡件的顶部开口处；激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对所述块体样品进行激光氮化处理；后处理步骤，将表面氮化后的所述块体样品取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.一种制备钛合金表面氮化层的方法，其特征在于，包括以下步骤：预处理步骤，将钛合金材料切割成块体样品，对所述块体样品的表面进行打磨，然后清洗并干燥，清除所述块体样品表面的杂质；倒入液氮步骤，将所述块体样品放置到基板上，按所述块体样品的形状预置卡件，将所述卡件罩设在所述块体样品上，在所述卡件围设的空间内倒入液氮，然后将玻璃片盖在所述卡件的顶部开口处；激光氮化步骤，依照预设的激光参数启动激光器对所述块体样品进行激光氮化处理；后处理步骤，将表面氮化后的所述块体样品取出并进行真空去内应力退火，在预设时间下保温后随炉冷却至室温。2.如权利要求1所述的一种制备钛合金表面氮化层的方法，其特征在于，所述卡件的顶部高于所述块体样品的表面5～15mm。3.如权利要求1所述的一种制备钛合金表面氮化层的方法，其特征在于，所述液氮高于所述块体样品表面1～4mm。4.如权利要求1所述的一种制备钛合金表面氮化层的方法，其特征在于，所述玻璃片的透光率在80％以上，所述玻璃片的厚度在2～8mm之间。5.如权利要求1所述的一种制备钛合金表...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志浩，孙信阳，韩鹏彪，李建辉，董会苁，吴大勇，康杰，王倩，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13