一种钛合金轴类件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钛合金轴类件及其制备方法和应用，涉及航空零部件技术领域。本发明专利技术提供的钛合金轴类件包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部、定位部、配合转动部和管嘴部，还包括沉积在所述配合转动部表面的空气超音速涂层；和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；空气超音速涂层的化学组成为WC‑10Co‑4Cr、WC‑12Co、WC‑17Co或WC‑20Cr

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金轴类件及其制备方法和应用
本专利技术涉及航空零部件
，特别涉及一种钛合金轴类件及其制备方法和应用。
技术介绍
钛合金具有比强度高和耐蚀性好等优势，被航空高端装备广泛应用，但耐磨性差、抗咬合性低、抗气氛腐蚀寿命不足等问题，导致其在很多关键部件上使用寿命极低。如海洋气氛环境服役的飞机减速板运动筒连接用钛合金轴类件，因该轴与轴套之间没有润滑介质，滑动摩擦过程中金属间的黏着磨损造成了该轴的失效，再加上海洋气氛环境的腐蚀作用，导致了该轴使用寿命极低，大大增加了飞行成本。为提高钛合金耐磨和在海洋气氛环境中耐蚀性能，现有技术通过电镀铬工艺或氧煤油超音速火焰喷涂工艺在钛合金表面沉积涂层，但是电镀铬过程中需要进行氢化，氢在钛合金中聚合，会造成应力集中，使得钛合金内部存在细小裂纹，在外界载荷作用下出现脆化或开裂；而传统的氧煤油超音速火焰喷涂工艺因在喷涂前对基材进行喷砂处理不能避免界面夹杂物，较高的制备温度使界面生成氧化层，严重影响了涂层与基体的结合性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种钛合金轴类件及其制备方法和应用。本专利技术提供的钛合金轴类件消除了氢脆隐患，具有低应力，涂层与钛合金基体的结合强度高，且硬度高，具有优异的耐磨和耐蚀性，使用寿命长。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种钛合金轴类件，包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部1、定位部2、配合转动部3和管嘴部5，还包括：沉积在所述配合转动部3表面的空气超音速涂层；和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni，所述磁控溅射硬质涂层的化学组成为CrN或CrAlN。优选地，所述空气超音速涂层的厚度为80～400μm，所述磁控溅射硬质涂层的厚度为5～10μm。优选地，所述空气超音速涂层的显微硬度＞1100HV0.2，所述磁控溅射硬质涂层的显微硬度＞1800HV0.05。优选地，所述配合转动部3的外径、空气超音速涂层的厚度和磁控溅射硬质涂层的厚度之和为30～50mm。本专利技术提供了以上方案所述钛合金轴类件的制备方法，包括以下步骤：(1)在所述钛合金基体的配合转动部表面空气超音速喷涂合金粉末，形成空气超音速涂层；所述合金粉末的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni；(2)将所述空气超音速涂层打磨至表面粗糙度Ra＜0.8μm，然后在打磨后的空气超音速涂层表面依次进行等离子体辉光刻蚀和磁控溅射，得到所述钛合金轴类件；所述磁控溅射的靶材为铬靶或铬铝靶，溅射气体为氮气。优选地，所述合金粉末的粒度为5～50μm。优选地，所述空气超音速喷涂法的条件包括：以氮气为送粉载气，所述氮气的压力为0.0015～0.0018MPa；空气的压力为40～45MPa；以丙烷为主燃料气，所述丙烷的压力为0.8～0.9MPa；以氢气为次燃料气，所述氢气的压力为0.1～0.15MPa；所述空气超音速喷涂过程中，所述钛合金基体的温度不超过120℃。优选地，所述等离子体辉光刻蚀的条件包括：真空度为2×10-3Pa；气体源为氩气，所述气体源的流量为180～200sccm；离子源功率为1.2～1.5kW；刻蚀时间为30～45min。优选地，所述磁控溅射的条件包括：真空度为2×10-3Pa；溅射气体的流量为100～150sccm；溅射功率为5～8kW；基体偏压为80～150V；溅射时间为4h。本专利技术提供了以上方案所述钛合金轴类件或以上方案所述制备方法制备的钛合金轴类件在飞机减速板运动筒中的应用，应用时，所述钛合金轴类件通过配合转动部与飞机减速板的运动筒接套管连接。本专利技术提供了一种钛合金轴类件，包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部1、定位部2、配合转动部3和管嘴部5；还包括沉积在所述配合转动部表面的空气超音速涂层；和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni，所述磁控溅射硬质涂层的化学组成为CrN或CrAlN。本专利技术在钛合金基体的配合转动部表面依次沉积空气超音速涂层和磁控溅射硬质涂层，与电镀铬涂层相比，无氢化过程，消除了氢脆隐患，使钛合金轴类件具有低应力，延长使用寿命；其中空气超音速涂层作为粘结层，具有涂层孔隙率低、耐磨损及耐蚀性好的特性且与钛合金基体结合强度高，磁控溅射涂层结合强度高，微观组织致密，硬度高，且耐蚀性能优异，作为空气超音速喷涂层的表面覆盖层，不但可以封堵空气超音速喷涂层表面的孔隙，而且可以进一步提高钛合金表面耐磨和耐蚀性能。因此，本专利技术提供的钛合金轴类件具有低应力，涂层与钛合金基体的结合强度高，且硬度高，具有优异的耐磨和耐蚀性，使用寿命长，能够有效应用在海洋气氛环境服役的飞机减速板运动筒上。实施例结果表明，本专利技术提供的钛合金轴类件涂层表面硬度＞1800HV0.05，涂层应力＜0.8GPa，涂层与基体的结合强度＞76MPa，在100N载荷条件下经2h摩擦磨损后，涂层损失质量仅为0.0126～0.0132g，经240h中性盐雾腐蚀试验涂层未出现腐蚀点。本专利技术提供了所述钛合金轴类件的制备方法，本专利技术提供的制备方法过程简单、易于操作，生产效率高，成品率高。附图说明图1为本专利技术钛合金轴类件的结构示意图；图2为实施例1中钛合金轴类件的实物图；图1和图2中，1表示螺纹部，2表示定位部，3表示配合转动部，4表示配合转动部表面的涂层，5表示管嘴部。具体实施方式本专利技术提供了一种钛合金轴类件，包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部1、定位部2、配合转动部3和管嘴部5，还包括：沉积在所述配合转动部3表面的空气超音速涂层；和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni，所述磁控溅射硬质涂层的化学组成为CrN或CrAlN。本专利技术提供的钛合金轴类件包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部1、定位部2、配合转动部3和管嘴部5。本专利技术对所述钛合金基体的化学组成没有特别的要求，本领域技术人员熟知的钛合金均可，具体地如TC2、TC4、TC11。在本专利技术中，所述钛合金轴类件结构如图1所示，图1中1表示螺纹部，2表示定位部，3表示配合转动部，4表示配合转动部表面的涂层，5表示管嘴部；其中螺纹部、定位部、配合转动部和管嘴部构成钛合金轴类件基体。本专利技术提供的钛合金轴类件包括沉积在所述配合转动部3表面的空气超音速涂层；所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金轴类件，包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部(1)、定位部(2)、配合转动部(3)和管嘴部(5)，其特征在于，还包括：/n沉积在所述配合转动部(3)表面的空气超音速涂层；/n和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；/n所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr

【技术特征摘要】
1.一种钛合金轴类件，包括钛合金基体，所述钛合金基体包括顺次连接的螺纹部(1)、定位部(2)、配合转动部(3)和管嘴部(5)，其特征在于，还包括：
沉积在所述配合转动部(3)表面的空气超音速涂层；
和沉积在所述空气超音速涂层表面的磁控溅射硬质涂层；
所述空气超音速涂层的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni，所述磁控溅射硬质涂层的化学组成为CrN或CrAlN。


2.根据权利要求1所述的钛合金轴类件，其特征在于，所述空气超音速涂层的厚度为80～400μm，所述磁控溅射硬质涂层的厚度为5～10μm。


3.根据权利要求1或2所述的钛合金轴类件，其特征在于，所述空气超音速涂层的显微硬度＞1100HV0.2，所述磁控溅射硬质涂层的显微硬度＞1800HV0.05。


4.根据权利要求1所述的钛合金轴类件，其特征在于，所述配合转动部(3)的外径、空气超音速涂层的厚度和磁控溅射硬质涂层的厚度之和为30～50mm。


5.权利要求1～4任意一项所述钛合金轴类件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在所述钛合金基体的配合转动部表面空气超音速喷涂合金粉末，形成空气超音速涂层；所述合金粉末的化学组成为WC-10Co-4Cr、WC-12Co、WC-17Co或WC-20Cr3C2-7.5Ni；
(2)将所述空气超音速涂层打磨至表面粗糙度Ra＜0.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪瑞军，詹华，李成龙，李振东，杨超，鲍曼雨，李碧晗，
申请(专利权)人：北京金轮坤天特种机械有限公司，大连长丰实业总公司，中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11