【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热处理，具体涉及一种tc4钛合金表层的加工方法。
技术介绍
1、海洋工程是海洋研究与开发的重要基础。比强度高、密度较小的钛合金与不锈钢、铝合金等耐蚀材料相比，可大幅降低结构件重量，拥有更好的耐点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和耐均匀腐蚀性能。在中性和氧化性气氛及众多恶劣环境中的耐蚀性能优于其他常用金属材料，是海洋工程装备的首选材料。钛合金是建造大深度潜艇及深潜器耐压壳体的理想材料。法国的 sm97 号使用 tc4 钛合金，日本的“深海 2000”号、美国的aivin号和sea-cliff号深潜器的壳体都采用此钛合金。用钛材替代不锈钢，可延长海洋工程装备使用寿命，减少维护和修理费用，根据《2020年中国钛工业发展报告》统计结果，2020年中国钛加工材产量为97029t，其中海洋工程领域钛加工材用量占比达7.7% 。以西北有色金属研究院为代表的研究单位，研制出多种性能良好的海洋工程用钛合金，如ti75、ti31与ti91等，现已大量应用于船舶、潜艇、探测器等海洋工程装备。
2、然而海洋的环境复杂严酷，深海除了具有较高的静水压力外，温度、盐度、ph、溶解氧等因素也与浅海环境差异巨大，这就为深海装备带来了未知的腐蚀失效风险。同时，苛刻的深海环境也为深海装备的应用以及材料的深海腐蚀研究带来了挑战。据统计，海洋腐蚀造成的经济损失每年可达7000亿人民币，并呈逐年递增的态势，在深海装备上的应用与日俱增，并且逐渐由零部件向关键结构方向发展，虽然其运用日益增加，但在使用中还存在很多问题，如高温抗氧化性能、耐热腐蚀性能及不耐还原性
3、海水是腐蚀性很强的天然电解质，存在侵蚀性很强的氯离子会渗透并破坏金属表面的氧化膜，还会与一些金属元素形成具有溶解性的氯化物，加速氧化膜溶解，使金属基体失去保护而被腐蚀。此外，深海应力也是造成钛合金失效的主要元素，服役环境下产生的外应力或由于腐蚀产物体积效应而造成的不均匀应力等，都是产生应力的来源。应力水平越高，出现应力腐蚀裂纹的时间越短。有关学者研究表明，随着海水深度的增加，活性金属的腐蚀减轻，钝性金属的活化和钝化性质转变，金属的均匀腐蚀速率降低，但是点蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀形式更加显著。
4、国内很多用户通过热喷涂和物理气相沉积技术（pvd）在钛合金表面制备tin、crn、valcn等系列涂层，但在使用过程中膜基结合处均出现不同层次的剥落，此外还有学者对tc4合金表面进行双辉等离子渗铬有过研究，但此种方法对深孔类结构复杂零件很难实现，尤其是细长管材内壁离子源无法溅射进去，且铬氮不能同时共渗，要达到铬氮共渗还需要对渗铬后零件进行渗氮，增加了热处理工序。此外900℃及以上温度氮化的工业纯钦同样有表面抗裂纹萌生能力降低的问题，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
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种tc4钛合金表层的加工方法。
2、本专利技术提供了一种tc4钛合金表层的加工方法，包括如下步骤：
3、s1、对tc4基材表面进行喷丸纳米化处理；
4、s2、清洁基材表面并烘干；
5、s3、将基材埋入盛有渗铬剂的坩埚，密封后装入真空炉，加热升温，冷却后得到渗层。
6、优选的，步骤s1中，所述喷丸压力为喷丸压力为0.5~0.8mpa，振动频率 40~60hz，弹丸直径为0.5~1mm。
7、优选的，步骤s3中，所述渗铬剂按质量份计包括：50~60份铬粉、34~40份填充剂、1~2份催化剂、2~3份naf、3~5份y2o3。
8、优选的，所述填充剂为球形氧化铝。
9、优选的，所述催化剂包括nh4i和nh4cl，nh4i和nh4cl的质量比为（1.5-2.5）:1。
10、优选的，步骤s3中，以20~100℃/h的速率升温到550~600℃，保温1~2h，该过程中进行扩散渗铬；再以60~70℃/h的速率从550~600℃降温至300~200℃，断绝热源工件随炉冷却，至100℃以下出炉冷却。
11、本专利技术的有益效果如下：
12、（1）本专利技术创新地采用纳米化和真空渗铬相结合的方式对tc4钛合金表面进行复合处理方式，利用纳米技术制备纳米化层，基于材料表面化合物层的生长速度取决于化学反应和原子扩散两个因素，经过纳米化处理后，表面纳米晶粒具有较高的活性，可以加快表面化学反应，而表面纳米晶之间高体积分数的界面又为原子扩散提供了理想的通道，两种因素共同作用能显著地加快扩散的动力学过程。围绕对钛合金纳米化，创新地实施了渗铬，利用真空渗铬术在基体表面制备渗层，使得本专利技术的制备方法制得的渗层既保持了传统渗层高结合强度、低磨损的特点，还兼具纳米后表面机构改良，极大地提升了钛合金的表面性能，进而有效提高基体的综合性能及服役寿命。在渗铬的过程中氯化铵、碘化铵分解产生氨气为渗氮提供氮源，进行渗铬的同时也引入了渗氮，提高了钛合金的表面硬度，hv0.5从342提高到609。
13、（2）本专利技术针对钛合金细长管内壁由于尺寸受限无法用离子渗氮、喷涂、物理气相沉积等手段处理的零件，采用粉末填充管内壁制备渗层来提高零件的使用性能，引入表面纳米化降低制备渗层的温度，并将制备渗层温度设定为550~600℃，可有效规避钛合金900℃以上易发生相变和因高温引发的零件变形。
14、（3）采用真空热处理炉渗铬，可以避免传统渗铬技术存在的氧化的问题，渗剂中加入naf，对其零件表面起活化作用，可以解决渗铬结束后由于粘粉造成零件表面粗糙问题，加入稀土y203，可以提高渗铬的速度，缩短渗铬时间，降低能耗，此种方法可避免单一技术制备存在耐磨耐蚀性不足等缺点。
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1.一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于：步骤S1中，所述喷丸压力为喷丸压力为0.5~0.8Mpa，振动频率 40~60Hz，弹丸直径为0.5~1mm。
3.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于：步骤S3中，所述渗铬剂按质量份计包括：50~60份铬粉、34~40份填充剂、1~2份催化剂、2~3份NaF、3~5份Y2O3。
4.根据权利要求3所述的一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于：所述催化剂包括NH4I和NH4Cl，NH4I和NH4Cl的质量比为（1.5-2.5）:1。
6.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表层的加工方法，其特征在于：步骤S3中，以20~100℃/h的速率升温到550~600℃，保温1~2h，该过程中进行扩散渗铬；再以60~70℃/h的速率从550~600℃降温至300~200℃，断绝热源工件随炉冷却，至100
...【技术特征摘要】
1.一种tc4钛合金表层的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种tc4钛合金表层的加工方法，其特征在于：步骤s1中，所述喷丸压力为喷丸压力为0.5~0.8mpa，振动频率 40~60hz，弹丸直径为0.5~1mm。
3.根据权利要求1所述的一种tc4钛合金表层的加工方法，其特征在于：步骤s3中，所述渗铬剂按质量份计包括：50~60份铬粉、34~40份填充剂、1~2份催化剂、2~3份naf、3~5份y2o3。
4.根据权利要求3所述的一种t...
【专利技术属性】
技术研发人员：张学东，叶建中，姜欣，王策，胡高攀，张雷，许秀凤，潘统达，
申请(专利权)人：超达阀门集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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