一种提高钛合金乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法，涉及金属材料表面处理技术领域。包括以下步骤：将钛合金表面进行抛光处理，随后进行热氧化处理，再进行真空热扩散，形成热氧化和扩散层；然后在形成的热氧化和扩散层表面上进行激光表面织构化处理，即得表面具有耐磨性能的钛合金。本发明专利技术通过热处理将钛合金在空气中进行热氧化，然后在真空中进行热扩散处理，形成热氧化和扩散层；并在热处理后的钛合金表面进行激光表面织构化处理；在热氧化层及表面织构的协同作用，显著提高了钛合金在乏油润滑条件下的耐磨性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种提高钛合金乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及金属材料表面处理
，具体涉及一种提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有密度小、比强度高、抗腐蚀性能和生物相容性好等一系列优异的特性，因此迅速成为航空航天、舰船、医疗器械、石油化工以及军事能源等领域不可或缺的重要材料。然而，由于钛合金低的塑性剪切抗力、微弱的加工硬化能力以及表面氧化膜低的保护作用，当其被使用于摩擦工况时，其表面很容易发生摩擦损伤而失效。因此，钛合金越来越难以适应复杂服役条件而难以满足实际应用的要求，严重阻碍了钛合金的进一步应用。为了发挥钛合金优异的机械性能和耐高低温性能等方面的优势，解决钛合金硬度低、耐磨性差等问题，国内外许多学者纷纷开展了钛合金表面改性技术方面的研究工作。目前，提高钛合金耐磨性的表面处理技术大致可分为表面改性技术、表面合金化技术和表面涂镀技术，如离子注入、化学镀Cu、Ag、热喷涂TiN、NiCrAl等。然而每一种单一表面技术都有其一定的局限性。近年来，采用复合处理技术对钛合金表面改性，使得其性能逐步提高。如在微弧氧化技术的基础上，结合封孔法、镀铝法、脉冲电子束法、水热法和电泳沉积法等进行复合处理。但未见将热氧化和激光表面织构进行复合处理的报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述
技术介绍
中存在的不足，提供了一种提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法。该方法通过热处理将钛合金在空气中进行热氧化，然后在真空中进行热扩散处理，形成热氧化和扩散层；并在热处理后的钛合金表面进行激光表面织构化处理；热氧化层及表面织构的协同作用，显著提高了钛合金在乏油润滑条件下的耐磨性能。
[0004]本专利技术第一个目的是提供一种提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法，包括以下步骤：
[0005]将钛合金表面进行抛光处理，随后进行热氧化处理，再进行真空热扩散，形成热氧化和扩散层；然后在形成的热氧化和扩散层表面上进行激光表面织构化处理，即得在乏油润滑条件下具有优异耐磨性能的钛合金。
[0006]优选的，所述热氧化处理是按照以下步骤进行：
[0007]将钛合金在空气中，以5～10℃/min的升温速率，加热至600～750℃，保温30～60min，然后随炉冷却至室温。
[0008]优选的，所述真空热扩散是按照以下步骤进行：
[0009]将热氧化处理后的钛合金，在真空条件下，以5～10℃/min的升温速率，加热至500～650℃，保温5～20h，然后随炉冷却至室温。
[0010]优选的，所述激光表面织构化处理是将依次经热氧化、热扩散后的钛合金表面加
工为多个圆形凹坑织构。
[0011]更优选的，所述织构参数为：直径为50～150微米，面密度为5％～30％，深度为5～30微米。
[0012]更优选的，所述激光表面织构化处理时的加工参数为：激光器波长355nm，脉冲频率30～100kHz，脉宽小于20ns，输出功率0.1～3W。
[0013]优选的，所述钛合金表面进行抛光处理后的粗糙度为0.08～0.12微米。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术基于热氧化和热扩散在钛合金表面生成一层硬度较高的氧化层，改善润滑油在其表面的润湿性；表面织构在乏油润滑时一方面能起到二次润滑的效果，另一方面能捕捉并储存一定的磨屑，二者的协同作用有效提高了钛合金在乏油润滑条件下的摩擦磨损性能。
[0016]本专利技术的目的是提供一种钛合金表面复合处理方法，有效延长钛合金在乏油润滑条件下的摩擦过程，提高了其耐磨性。
[0017]本专利技术提供的处理工艺简单，易操作，通过热氧化及织构加工工艺的调整，可以调控材料性能。
附图说明
[0018]图1为实施例1提供的钛合金经热氧化、扩散处理获得的氧化层断面形貌图。
[0019]图2为实施例1提供的钛合金热氧化后激光凹坑织构的三维形貌图。
[0020]图3为实施例1提供的具有优异耐磨性能的钛合金与只经热氧化后的钛合金、只经激光织构后的钛合金及未处理的钛合金在乏油润滑条件下的摩擦系数曲线。
具体实施方式
[0021]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0022]需要说明的是，下述各实施例中实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0023]实施例1
[0024]将钛合金表面进行抛光处理至粗糙度约为0.1微米后，放置在SG
‑
GL1200管式炉中，通入空气，以8℃/min的升温速率，加热至700℃，并保温50min，然后随炉冷却至室温，获得热氧化处理后的钛合金；随后，在管内抽成真空状态，继续以8℃/min的升温速率，加热至600℃，并保温12h，然后随炉冷却至室温，获得热扩散后的钛合金；
[0025]将热氧化和热扩散后的钛合金，采用紫外纳秒激光精细微加工设备在其表面加工凹坑织构；加工参数如下：激光器波长355nm，脉冲频率50kHz，脉宽小于20ns，输出功率2W；最终在试样表面加工得到圆形凹坑织构，织构参数如下：直径为100微米，面密度为15％，深度为10微米，图2中显示的织构深度为10微米左右；即得在乏油润滑条件下具有优异耐磨性能的钛合金。
[0026]实施例2
[0027]将钛合金表面进行抛光处理至粗糙度约为0.1微米后，放置在SG
‑
GL1200管式炉
中，通入空气，以5℃/min的升温速率，加热至600℃，并保温60min，然后随炉冷却至室温，获得热氧化处理后的钛合金；随后，在管内抽成真空状态，继续以5℃/min的升温速率，加热至500℃，并保温20h，然后随炉冷却至室温，获得热扩散后的钛合金；
[0028]将热氧化和热扩散后的钛合金，采用紫外纳秒激光精细微加工设备在其表面加工凹坑织构；加工参数如下：激光器波长355nm，脉冲频率30kHz，脉宽小于20ns，输出功率0.1W；最终在试样表面加工得到圆形凹坑织构，织构参数如下：直径为50微米，面密度为5％，深度为5微米；即得在乏油润滑条件下具有优异耐磨性能的钛合金。
[0029]实施例3
[0030]将钛合金表面进行抛光处理至粗糙度约为0.1微米后，放置在SG
‑
GL1200管式炉中，通入空气，以10℃/min的升温速率，加热至750℃，并保温30min，然后随炉冷却至室温，获得热氧化处理后的钛合金；随后，在管内抽成真空状态，继续以10℃/min的升温速率，加热至650℃，并保温5h，然后随炉冷却至室温，获得热扩散后的钛合金；
[0031]将热氧化和热扩散后的钛合金，采用紫外纳秒激光精细微加工设备在其表面加工凹坑织构；加工参数如下：激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将钛合金表面进行抛光处理，随后进行热氧化处理，再进行真空热扩散，形成热氧化和扩散层；然后在形成的热氧化和扩散层表面上进行激光表面织构化处理，即得在乏油润滑条件下具有优异耐磨性能的钛合金。2.根据权利要求1所述的提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法，其特征在于，所述热氧化处理是按照以下步骤进行：将钛合金在空气中，以5～10℃/min的升温速率，加热至600～750℃，保温30～60min，然后随炉冷却至室温。3.根据权利要求1所述的提高钛合金在乏油润滑条件下耐磨性能的表面处理方法，其特征在于，所述真空热扩散是按照以下步骤进行：将热氧化处理后的钛合金，在真空条件下，以5～10℃/min的升温速率，加热至500～650℃，保温5～20h...

【专利技术属性】
技术研发人员：逄显娟，牛一旭，王帅，岳世伟，黄素玲，宋晨飞，陈德强，赵若凡，谢金梦，李聪慧，李栋，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：