一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法技术

本发明专利技术属于合金材料表面保护层的制备技术领域，具体的说是一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法；该制备方法采用的氧化炉包括壳体、电机、一号转轴、支撑板和注氧单元；所述一号转轴转动连接在壳体底端内侧壁上，且一号转轴与电机输出端固连；所述支撑板安装在一号转轴顶端侧壁上；所述注氧单元安装在壳体内侧壁上，注氧单元包括一号凸轮、气囊、储气室和固定板；在一号转轴的转动过程中带动支撑板同时进行转动，从而不断的更换方形试样和氧气之间的接触面积，实现氧气在方形试样表面的均匀分布，保证了方形试样表面真空扩散层的厚度均匀性，从而有效增加了方形试样表面的耐磨损度。

【技术实现步骤摘要】
一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法
本专利技术属于合金材料表面保护层的制备
，具体的说是一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法。
技术介绍
钛合金具有低密度、高强度、耐腐蚀性好等优良特性，是航空航天飞行器的重要结构材料。目前广泛使用的Ti6Al4V钛合金，其抗拉强度为900～1100MPa，失效延伸率为8～12％。TiZrAlV合金是在Ti6Al4V合金的基础上发展起来的新型合金材料，锆元素的引入有效的提高了材料的强度和硬度，使TiZrAlV合金成为一种非常有潜力的航空航天飞行器的候选材料。现有技术中也出现了一些关于锆钛基合金的技术方案，如申请号为2013105415321的一项中国专利公开了一种钛锆基合金的制备方法，其所用钛锆基合金成分的质量百分比为：Ti41～62、Zr30～51、Al5、V3，将各种原料放入非自耗电弧炉，熔炼得到合金铸锭；在其表面涂覆高温抗氧化剂后在炉中加热保温后开坯锻造，获得板状合金，去除其表面的抗氧化剂后置于热处理炉加热至850～870℃，保温1h，水淬冷却；将合金板切割成3～4mm的薄板进行室温轧制变形，轧制应变速率为2.2～3.1s-1，总变形量为80％以上；再进行退火处理，真空度为10-4～10-5Pa，温度为740～760℃，保温1h，然后空冷至室温。本专利技术获得了一种微结构为特殊双态组织的钛锆基合金，在保持合金塑性的同时，有效地提高了合金的强度；但是，随着钛锆基合金的使用范围越来越广泛，钛锆基合金的使用环境也变得越来越恶劣，其中特别是对于磨损度较大的使用场合，钛锆基合金的使用效果和使用寿命严重受到影响，因此提高钛锆基合金表面的耐磨性是十分有必要的。
技术实现思路
为了提高钛锆基合金的耐磨性，以延长其在磨损度较大的使用场合中的使用寿命，本专利技术提出了一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术所述的一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1：利用纯度达到99.5％的高纯度金属钛、锆、铝和中间合金50Al50V压制成短棒状块料，得到基础原料，再将基础原料制成电极后，通过真空自耗电弧炉进行熔炼处理，得到合金锭，其中熔炼电流大小为180-260A，熔炼时间4-6min；S2：将S1中所述合金锭进行三墩三拔后车削，得到钛锆基合金棒材，利用电火花线切割机从棒材上切取形状为10mm×10mm×30mm的方形试样，再利用SiC砂纸对钛锆基合金方形试样进行打磨，使得钛锆基合金方形试样表面粗糙度为0.1-0.2μm；S3：将S2中所述钛锆基合金方形试样放入超声波清洗机内进行清洗处理，除去其表面杂质颗粒，将钛锆基合金方形试样表面通过热风机进行吹干；其中，热风机的加热温度控制在75-80℃，且热风机的出风口与钛锆基合金方形试样表面存在45度夹角；S4：将S3中所述钛锆基合金方形试样通过马弗炉进行热氧化处理，其中，加热温度为650-800℃，保温时间为12h；待保温结束后，钛锆基合金方形试样随炉冷却，待钛锆基合金方形试样冷却至室温后，再将钛锆基合金方形试样放入氧化炉内进行真空扩散处理，在钛锆基合金方形试样表面形成一层氧扩散层，完成高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备。优选的，所述基础原料在通过真空自耗电弧炉进行熔炼处理时，熔炼电流大小为阶段性上升，即先使得熔炼电流达到190A，持续熔炼2min后；再将熔炼电流提升至230A，持续熔炼2min；最后将熔炼电流提升至260A，持续熔炼2min后，完成对基础原料的熔炼处理。优选的，所述钛锆基合金方形试样在真空扩散过程中，真空扩散时间为8-10h，加热温度在400℃-550℃之间。优选的，所述钛锆基合金方形试样在通过超声波清洗机进行清洗时，需要经过三次不同清洗液的清洗；其中最先使用丙酮溶液进行清洗，待清洗完成后再利用酒精溶液对钛锆基合金方形试样进行清洗，最后再用去离子水对钛锆基合金方形试样进行清洗。优选的，所述氧化炉包括壳体、电机、一号转轴、支撑板和注氧单元；所述壳体顶端设有端盖，壳体底端安装有支架；所述电机安装在壳体底端外侧壁上；所述一号转轴转动连接在壳体底端内侧壁上，且一号转轴与电机输出端固连；所述支撑板安装在一号转轴顶端侧壁上；所述注氧单元安装在壳体内侧壁上，注氧单元包括一号凸轮、气囊、储气室和固定板；所述一号凸轮固接在一号转轴上；所述气囊安装在靠近一号凸轮的壳体内侧壁上，气囊内装填有氧气；所述储气室安装在壳体外侧壁上，且储气室和气囊之间通过软管连通；所述固定板安装在靠近储气室的壳体内侧壁上，固定板侧壁上设有多个喷气口，且喷气口与储气室连通；工作时，当需要将钛锆基合金方形试样进行真空扩散处理时，先将方形试样放置在支撑板上，此时再对电机通电，电机通电后带动一号转轴转动，一号转轴在转动过程中带动一号凸轮对气囊进行往复挤压，气囊受压后其内部氧气通过喷气口喷出，氧气经过喷出后与方形试样表面接触，从而在其表面形成一层氧扩散层，同时，在一号转轴的转动过程中带动支撑板同时进行转动，从而不断的更换方形试样和氧气之间的接触面积，实现氧气在方形试样表面的均匀分布，保证了方形试样表面真空扩散层的厚度均匀性，从而有效增加了方形试样表面的耐磨损度。优选的，所述固定板内开有一号滑槽；所述一号滑槽内通过弹簧滑动连接有卡板，且一号滑槽在靠近储气室的侧壁上转动连接有二号转轴；所述卡板上设有多个开口，使得喷气口穿过开口；所述二号转轴位于一号滑槽内的端部安装有二号凸轮，二号转轴位于储气室内的端部安装有扇叶；工作时，在电机通电后，通过一号转轴带动一号凸轮进行转动，一号凸轮在转动时实现了对气囊的往复挤压，气囊受压后其内部氧气通过软管进入储气室内，在氧气的流动过程中带动扇叶进行旋转，扇叶旋转后通过二号转轴带动二号凸轮进行旋转，二号凸轮在旋转过程中通过和弹簧的配合实现对卡板的往复挤压，卡板受到挤压后实现了在一号滑槽内的往复移动，卡板在移动过程中通过开口对喷气口产生拨动效果，从而使得喷气口在壳体内进行往复的摆动，进一步增大了氧气在氧化炉内的流动速率和流动范围，加强对方形试样的氧化效果，提高对方形试样的氧化速率。优选的，所述支撑板上安装有定位板；所述定位板表面开有二号滑槽，且二号滑槽通过软管与气囊连通；所述二号滑槽内滑动连接有多个一号滑块和二号滑块；所述一号滑块对称滑动连接在二号滑槽的两端，一号滑块和二号滑槽内侧壁之间连接有弹性密封布；所述二号滑块滑动连接在一号滑块之间的二号滑槽内，二号滑块和一号滑块之间连接有弹性密封布；所述一号滑块和所述二号滑块内均开有透气孔，一号滑块和二号滑块之间通过V形弹性板连接；工作时，当需要将钛锆基合金方形试样进行真空扩散处理时，将方形试样放置在V形弹性板上，在气囊受压后，气囊内的气体进入二号滑槽内对一号滑块产生推力，一号滑块受力后在二号滑槽内做往复滑动，在一号滑块的滑动过程中通过V形弹性板同时对二号滑块产生推力，使得二号滑块也在二号滑槽内进行滑动，V形弹性板也同时发生相对应的弯曲和弹性变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：/nS1：利用纯度达到99.5％的高纯度金属钛、锆、铝和中间合金50Al50V压制成短棒状块料，得到基础原料，再将基础原料制成电极后，通过真空自耗电弧炉进行熔炼处理，得到合金锭，其中熔炼电流大小为180-260A，熔炼时间4-6min；/nS2：将S1中所述合金锭进行三墩三拔后车削，得到钛锆基合金棒材，利用电火花线切割机从棒材上切取形状为10mm×10mm×30mm的方形试样，再利用SiC砂纸对钛锆基合金方形试样进行打磨，使得钛锆基合金方形试样表面粗糙度为0.1-0.2μm；/nS3：将S2中所述钛锆基合金方形试样放入超声波清洗机内进行清洗处理，除去其表面杂质颗粒，将钛锆基合金方形试样表面通过热风机进行吹干；其中，热风机的加热温度控制在75-80℃，且热风机的出风口与钛锆基合金方形试样表面存在45度夹角；/nS4：将S3中所述钛锆基合金方形试样通过马弗炉进行热氧化处理，其中，加热温度为650-800℃，保温时间为12h；待保温结束后，钛锆基合金方形试样随炉冷却，待钛锆基合金方形试样冷却至室温后，再将钛锆基合金方形试样放入氧化炉内进行真空扩散处理，在钛锆基合金方形试样表面形成一层氧扩散层，完成高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
S1：利用纯度达到99.5％的高纯度金属钛、锆、铝和中间合金50Al50V压制成短棒状块料，得到基础原料，再将基础原料制成电极后，通过真空自耗电弧炉进行熔炼处理，得到合金锭，其中熔炼电流大小为180-260A，熔炼时间4-6min；
S2：将S1中所述合金锭进行三墩三拔后车削，得到钛锆基合金棒材，利用电火花线切割机从棒材上切取形状为10mm×10mm×30mm的方形试样，再利用SiC砂纸对钛锆基合金方形试样进行打磨，使得钛锆基合金方形试样表面粗糙度为0.1-0.2μm；
S3：将S2中所述钛锆基合金方形试样放入超声波清洗机内进行清洗处理，除去其表面杂质颗粒，将钛锆基合金方形试样表面通过热风机进行吹干；其中，热风机的加热温度控制在75-80℃，且热风机的出风口与钛锆基合金方形试样表面存在45度夹角；
S4：将S3中所述钛锆基合金方形试样通过马弗炉进行热氧化处理，其中，加热温度为650-800℃，保温时间为12h；待保温结束后，钛锆基合金方形试样随炉冷却，待钛锆基合金方形试样冷却至室温后，再将钛锆基合金方形试样放入氧化炉内进行真空扩散处理，在钛锆基合金方形试样表面形成一层氧扩散层，完成高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备。


2.根据权利要求1所述的一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：所述基础原料在通过真空自耗电弧炉进行熔炼处理时，熔炼电流大小为阶段性上升，即先使得熔炼电流达到190A，持续熔炼2min后；再将熔炼电流提升至230A，持续熔炼2min；最后将熔炼电流提升至260A，持续熔炼2min后，完成对基础原料的熔炼处理。


3.根据权利要求1所述的一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：所述钛锆基合金方形试样在真空扩散过程中，真空扩散时间为8-10h，加热温度在400℃-550℃之间。


4.根据权利要求1所述的一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：所述钛锆基合金方形试样在通过超声波清洗机进行清洗时，需要经过三次不同清洗液的清洗；其中最先使用丙酮溶液进行清洗，待清洗完成后再利用酒精溶液对钛锆基合金方形试样进行清洗，最后再用去离子水对钛锆基合金方形试样进行清洗。


5.根据权利要求1所述的一种高温诱导钛锆基合金表面耐磨扩散层的制备方法，其特征在于：所述氧化炉包括壳体(1)、电机(2)、一号转轴(3)、支撑板(4)和注氧单元(5)；所述壳体(1)顶端设有端盖(11)，壳体(1)底...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟华，马明臻，张春鹏，刘日平，黄飞，胡恩柱，
申请(专利权)人：合肥学院，燕山大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34