一种钛合金焊接的复合处理方法技术

本发明专利技术涉及钛合金焊接技术领域，公开了一种钛合金表面焊镀的复合处理方法及应用

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金焊接的复合处理方法


[0001]本专利技术涉及钛合金焊接
，具体涉及一种钛合金焊接的复合处理方法
。

技术介绍

[0002]钛合金具有诸多优点，如高比强
、
耐蚀性及低密度，己被广泛应用于海洋工程装备
、
航空航天及汽车制造等工业领域
。
但钛合金存在焊接难度高
、
摩擦因数高
、
耐磨性差且难以润滑的缺点，使其在某些领域的应用受到了限制，但钛合金的优点使得钛合金的应用场景逐渐由零部件向关键结构件方向发展，在日益增加的运用需求下，如何提高钛合金零件表面修复与强化
、
表面硬度和耐磨性已成为研究热点，为实现以更少的材料投入获得更高的效益
。
[0003]在焊接材料中，钛及钛合金属于不易焊接的金属材料，在焊接过程中，极易和空气中的氧
、
氮
、
氢等元素发生反应，从而导致焊接接头出现脆化
、
裂纹和气孔等缺陷
。
钨极氩弧焊是钛合金焊接中最常用的焊接方法，在电极棒
、
熔池
、
电弧和焊接件的受热影响区中会有气体状态的保护环境，但即便如此，仍有部分气体混入，会对焊缝产生污染，导致焊接后出现气孔和微裂纹，焊接件在使用过程中腐蚀介质极易从裂纹和气孔进入，加速零件失效
。
[0004]现目前较多的是通过物理气积术
(PVD)
在钛合金表面制备氮化物涂层，提高钛合金表面性能，但是涂层薄膜较差的承载能力以及粗糙度的急剧上升还将导致表面磨损率的升高，如何提高钛合金焊接零部件在服役过程中稳定性和安全性也是目前亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种钛合金焊接的复合处理方法，以解决现有钛合金焊接件硬度低，耐磨耐腐蚀性差的问题
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钛合金焊接的复合处理方法，包括以下步骤
:
[0007]A、
用
TIG
焊对钛合金工件进行焊接，焊接后对钛合金焊件的焊缝进行机械打磨抛光；
[0008]B、
对机械打磨抛光后的钛合金焊件进行表面预处理；
[0009]C、
采用多弧离子镀在表面预处理后的钛合金焊件形成
TiN
涂层或
TiAlN
涂层
。
[0010]优选的，作为一种改进，步骤
A
中焊接参数包括电流
70
‑
110A
，电压
12
‑
16V
，焊接速度
11
‑
16cm/min
，正面保护气体流量
12
‑
15L/min
，尾部保护气体流量
15
‑
18L/min。
[0011]优选的，作为一种改进，步骤
A
中先对对焊缝及坡口两侧
50mm
的钛合金表层进行打磨抛光，打磨抛光后再对焊缝及两边擦洗
。
[0012]优选的，作为一种改进，步骤
A
中焊接后将钛合金焊件的焊缝进行机械打磨抛光至粗糙度小于
3.2
μ
m。
[0013]优选的，作为一种改进，步骤
B
中将钛合金焊件放至石油醚中擦洗去除表面油污后
放入丙酮中超声清洗
15
分钟，随后在无水乙醇中超声清洗
15
分钟，最后取出用氮气吹干
。
[0014]优选的，作为一种改进，步骤
C
中先对钛合金焊件进行偏压反溅射清洗，将钛合金焊件放入真空腔室，抽真空至优于3×
10
‑3Pa
，打开离子源，加热灯丝至
40
～
60A
，通入高纯氩气
50
～
120sccm
，在
‑
200V
～
‑
250V
的偏压下对焊件基体进行刻蚀清洗，刻蚀时间
20
～
40min。
[0015]优选的，作为一种改进，步骤
C
中刻蚀清洗完成后，通入
N2并调节分子泵转速，使真空腔室的气压控制在1～
4Pa
，打开靶材
Ti
或
TiAl
，控制偏压从0～
‑
50V
逐渐升高至
‑
50
～
‑
150V
，靶电流
50
～
150A
，镀膜时间1～
3h
，涂层厚度2～8μ
m
，镀膜完成后，随炉冷却至室温然后复压取出
。
[0016]优选的，作为一种改进，步骤
C
中的靶材
Ti
或
TiAlN
纯度均大于等于
99.9
％
[0017]本专利技术的创新之处在于：设计了钨极惰性气体保护焊和
pvd
涂层相结合的复合处理方法；利用钨极惰性气体保护焊制备钛合金焊缝；采用多弧离子镀制备
TiN
涂层和
TiAlN
涂层，理想化学计量比的
TiN
属于立方晶系，金黄色且具有金属光泽，具有高熔点
、
高硬度
、
耐磨损
、
抗腐蚀等优点
。TiAlN
薄膜热硬度超过了
TiN
薄膜，在一定程度上改善了热稳定性，显著提高基体耐磨，此外，
TiAlN
薄膜还具有附着力强
、
导热率低等优良特性
。
单独焊接可以满足部件的结构设计需求，但焊缝往往影响部件的使用寿命，单独镀
TiN、TiAlN
涂层可以大幅提高零件的耐磨性和抗高温氧化性，在存在高温摩擦和腐蚀的苛刻环境下不足以支撑起部件的使用性能，而本申请技术方案则是通过将焊接和多弧离子镀表面处理工艺联合使用，从而得到单独工艺无法实现的优秀表面性能，可弥补单一技术制备存在耐磨耐蚀性不足等缺点，进而延长部件的使用寿命
。
[0018]利用本专利技术处理过的零件保持了传统
TiN
涂层和
TiAlN
涂层高硬度
、
低磨损的特点，还兼具焊缝处缺陷改良，利用该方法处理过的钛合金零件具有高硬度且在腐蚀介质中具有良好的耐磨耐蚀性能，将大大提高钛合金的使用性能，进而有效提高零件的综合性能及服役寿命
。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1中的
TC4
焊缝形貌图
。
[0020]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钛合金焊接的复合处理方法，其特征在于：包括以下步骤
:A、
用
TIG
焊对钛合金工件进行焊接，焊接后对钛合金焊件的焊缝进行机械打磨抛光；
B、
对机械打磨抛光后的钛合金焊件进行表面预处理；
C、
采用多弧离子镀在表面预处理后的钛合金焊件形成
TiN
涂层或
TiAlN
涂层
。2.
根据权利要求1所述的一种钛合金焊接的复合处理方法，其特征在于：所述步骤
A
中焊接参数包括电流
70
‑
110A
，电压
12
‑
16V
，焊接速度
11
‑
16cm/min
，正面保护气体流量
12
‑
15L/min
，尾部保护气体流量
15
‑
18L/min。3.
根据权利要求2所述的一种钛合金焊接的复合处理方法，其特征在于：所述步骤
A
中先对对焊缝及坡口两侧
50mm
的钛合金表层进行打磨抛光，打磨抛光后再对焊缝及两边擦洗
。4.
根据权利要求3所述的一种钛合金焊接的复合处理方法，其特征在于：所述步骤
A
中焊接后将钛合金焊件的焊缝进行机械打磨抛光至粗糙度小于
3.2
μ
m。5.
根据权利要求1所述的一种钛合金焊接的复合处理方法，其特征在于：所述步骤
B
中将钛合金焊件放至石油醚中擦洗去除表面油污后放入丙酮中超声清洗
15
分钟，随后在无水乙醇中超声清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学东，张磊，王帆，姜明鉴，赵文学，高鹏，葛荣凡，穆磊，
申请(专利权)人：重庆水泵厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：