一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法技术

一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法，利用化学镀技术先在TC4钛合金表面预镀金属或合金复合镀层，再将镀层电子束重熔的技术。本发明专利技术改性方法能在一定程度上解决单种技术存在的问题，复合改性技术涂层硬度得到明显提高。先化学复合镀Ni‑P‑Al2O3后电子束重熔复合技术对TC4钛合金板表面改性，得到的改性层硬度最高为912HV，可达到钛合金基体的2.5倍以上，显著提高钛合金的表面硬度与耐磨性，易于在相关工业领域推广应用。

Surface modification of electroless plating on titanium alloy by reelectron beam remelting

A surface modification method of electroless plating on titanium alloy by electron beam remelting is described. The electroless plating technique is used to pre-coat metal or alloy composite coatings on the surface of TC4 titanium alloy, and then to remelt the coatings by electron beam remelting. The modification method of the invention can solve the problems existing in a single technology to a certain extent, and the coating hardness of the composite modification technology is obviously improved. The surface of TC4 titanium alloy plate was modified by electroless composite plating Ni_P_Al_2O_3 followed by electron beam remelting. The hardness of the modified layer was up to 912HV, which was 2.5 times higher than that of titanium alloy substrate. The surface hardness and wear resistance of titanium alloy were improved significantly, and it was easy to be applied in related industrial fields.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法
本专利技术涉及表面改性强化
，具体涉及一种先利用化学镀再电子束重熔多技术复合工艺对TC4钛合金表面进行强化的改性方法。
技术介绍
钛及钛合金由于具有密度低、耐蚀性好、比强度高及良好的生物兼容性的优点，常被应用在航空航天、化工、生物材料等领域。然而其硬度较低（300~400HV）、摩擦系数较大(0.5～0.7)，耐磨性差，容易过早的失效，影响其使用寿命，造成成本增高，严重限制了钛合金的应用范围。为此对其进行表面改性处理，增强其表面的抗磨损能力，可发挥钛合金的最大优势。目前，在钛合金上面采用的表面改性技术包括气相沉积、热喷涂、电镀、化学镀、激光表面改性、电子束表面改性等。这些技术的单独使用常存在一种或多种问题，如气相沉积操作需仔细且价格昂贵，覆层一般较薄。热喷涂涂层含有不同程度的孔隙，热应力集中并且塑形减少，劳动条件差等问题。单纯电镀或单纯化学镀技术，镀层由于与基体机械结合，结合强度低，易剥落，不能满足特殊情况下技术要求。激光表面改性技术转换效率较低，材料吸收率不高，激光强化工艺不稳定，还常常出现裂纹气孔等问题。电子束表面改性通常是让高能束将被加工件表面微熔，同时使铺在零件表面的合金粉末熔化，但容易出现金属飞尘、添加的粉末利用率低、焊接室真空度要求严格等问题。虽然这些技术在各自领域发挥着重要作用，但或多或少地存在着一定的局限性。为了进一步完善钛合金的表面增强工艺，需要通过两种或多种技术的有效结合使用，一方面可促使表面覆层质量的提高，另一方面也能在一定程度上解决单种技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术针对钛及钛合金表面硬度低、摩擦系数高引起的耐磨性能差等问题，提供一种先化学镀制备预镀层再电子束重熔的复合技术及其制备方法，以期得到表面硬度高且复合层结合紧密的改性层。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法，按以下步骤。（1）选取表面平整的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光。（2）TC4钛合金板经预处理之后进行化学镀处理，钛合金预处理工艺流程为：化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗。镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方条件如下，化学除油（氢氧化钠30~40g/L，碳酸钠25~35g/L，磷酸钠25~35g/L，硅酸钠3~7g/L，氟化钠2~3g/L，温度70~80℃，时间20~30min），酸洗（氢氟酸15~25g/L，硝酸40~50g/L，室温，时间3~15s），活化（盐酸350~400g/L，硫酸800~900g/L，室温，时间20~30min）。（3）TC4钛合金板化学镀，化学镀方法包含化学镀金属及化学复合镀技术。（4）TC4钛合金板化学镀后，将含有预镀层的TC4钛合金板用水清洗干净，然后放入干燥炉内干燥，在80~90℃条件下干燥，干燥后工件放入密封干燥容器中保存。（5）将干燥后含有预镀层的TC4钛合金板置于电子束焊接室中，抽取真空状态，对其表面进行表面重熔处理。本专利技术采用的TC4钛合金板成分如表1所示。表1TC4钛合金板的化学成分(wt.％)TiAlVFeCNHOBal.6.0003.9000.1600.0100.0170.0080.090本专利技术具有有益效果为。1.在电子束快速加热和冷却的表面重熔过程，过冷度及结晶速度提高，晶粒细化，柱状和胞状晶的数量增多，界面冶金结合，从而起到强化的作用，提高表面硬度。2.镀层可作为过渡层，可以使电子束扫描后的钛合金表面改性层受到比较小的拉应力，从而减小表面改性层开裂的倾向。3.化学复合镀中，第二相颗粒弥散分布在基体中有效地细化基质金属，提高基质金属的硬度，使复合镀层具有较高的耐磨性。4.当电子束重熔TC4钛合金板化学镀层表面时，表面预镀的金属层或合金成分与TC4钛合金的成分发生原位反应，形成金属间化合物。由于原位反应生成金属间化合物熔点较高，与基质金属结合力大，具有高硬度高强性，使TC4钛合金耐磨性得到改善。附图说明图1为TC4钛合金板化学镀示意图。其中，1为化学镀液，2为恒温水浴箱，3为TC4钛合金板。图2为TC4钛合金板化学镀层电子束重熔示意图。其中，4为化学镀层，5为电子束系统。图3为本专利技术不同实施例显微硬度曲线。具体实施方式本专利技术将通过以下实施例作进一步说明。本专利技术实施例所涉及的改性层性能测试方法：显微硬度测试：硬度是衡量材料综合性能的主要指标，常用改性层的显微硬度表征表面改性后的质量，由于TC4钛合金板改性层的厚度较小，因此常用维氏硬度表征改性层的硬度，分析改性层各个部位的显微硬度分布特征。实施例1。采用单纯化学镀Ni-P镀层技术对TC4钛合金板表面改性，具体工艺步骤如下。（1）选取表面平整5mm厚度的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光。（2）化学镀Ni-P镀层前预处理，钛合金预处理工艺流程为：化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗。镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方如下，化学除油（氢氧化钠35g/L，碳酸钠30g/L，磷酸钠30g/L，硅酸钠5g/L，氟化钠2g/L，温度75℃，时间30min），酸洗（氢氟酸20g/L，硝酸45g/L，室温，时间5s），活化（盐酸400g/L，硫酸900g/L，室温，时间30min）。（3）TC4钛合金板化学复合镀Ni-P配方：硫酸镍24g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸三钠15g/L，乙酸钠15g/L。（4）TC4钛合金板化学镀Ni-P后，将含有预镀层的TC4板用水清洗干净，然后放入干燥炉内干燥，在80℃下干燥，干燥后工件放入密封干燥容器中保存。采用HV-1000型显微硬度计测试改性层的显微硬度，载荷100g，试验力保持时间为30s，沿改性层取距离表面至基材测定显微硬度值，同一深度5个点的平均值作为测量值，得到图3中所示的改性层由表及里的硬度变化趋势曲线。根据硬度曲线可以看出，本实施例得到的化学镀层硬度最高为512HV，TC4钛合金基体硬度345HV左右，硬度提高了48.4%。实施例2。采用单纯化学复合镀Ni-P-Al2O3对TC4钛合金板表面改性，具体工艺步骤如下。（1）选取表面平整5mm厚度的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光。（2）化学复合镀前预处理，钛合金预处理工艺流程为：打磨除锈→化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗。镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方如下，化学除油（氢氧化钠35g/L，碳酸钠30g/L，磷酸钠30g/L，硅酸钠5g/L，氟化钠2g/L，温度75℃，时间30min），酸洗（氢氟酸20g/L，硝酸45g/L，室温，时间5s），活化（盐酸400g/L，硫酸900g/L，室温，时间30min）。（3）TC4钛合金板化学复合镀Ni-P配方：硫酸镍24g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸三钠15g/L，乙酸钠15g/L。先将粉末颗粒Al2O3置于20g/L的聚乙二醇溶液中，利用超声波分散细化，细化后加入镀液中。工艺参数中PH值为4.4，施镀温度为85℃，施镀过程中机械搅拌镀液。（4）TC4钛合金板化学复合镀Ni-P-Al2O3后，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法，其特征是按以下步骤：（1）选取表面平整的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光；（2）TC4钛合金板经预处理之后进行化学镀处理，钛合金预处理工艺流程为：化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗；镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方条件如下，化学除油：氢氧化钠30~40 g/L，碳酸钠25~35 g/L，磷酸钠25~35g/L，硅酸钠3~7 g/L，氟化钠2~3 g/L，温度70~80 ℃，时间20~30 min；酸洗：氢氟酸15~25 g/L，硝酸40~50g/L，室温，时间3 ~ 15 s；活化：盐酸350~400 g/L，硫酸800~900g/L，室温，时间20~30 min；（3）TC4钛合金板化学镀，化学镀方法包含化学镀金属及化学复合镀技术；（4）TC4钛合金板化学镀后，将含有预镀层的TC4钛合金板用水清洗干净，然后放入干燥炉内干燥，在80~90℃条件下干燥，干燥后工件放入密封干燥容器中保存；（5）将干燥后含有预镀层的TC4钛合金板置于电子束焊接室中，抽取真空状态，对其表面进行表面重熔处理。...

【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面化学镀层再电子束重熔的表面改性方法，其特征是按以下步骤：（1）选取表面平整的TC4钛合金板，先切割制作成方状试样，用砂纸将表面进行打磨、抛光；（2）TC4钛合金板经预处理之后进行化学镀处理，钛合金预处理工艺流程为：化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗；镀前预处理，可获得适合于镀层的洁净催化过渡表面，具体配方条件如下，化学除油：氢氧化钠30~40g/L，碳酸钠25~35g/L，磷酸钠25~35g/L，硅酸钠3~7g/L，氟化钠2~3g/L，温度70~80℃，时间20~3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志林，李玉龙，王文琴，付艳恕，胡小武，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36