[发明专利]钛合金的激光渗氧硬化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的表面化学热处理方法，尤其涉及一种钛合金的激光渗氧硬化方法。

背景技术

钛合金的比强度与比刚度非常高，而且非常耐蚀，同时也非常适合作为人体植入材料，但遗憾的是钛合金的表面硬度低，不耐磨，从而限制了钛合金在载荷或摩擦磨损场合的应用。针对钛合金硬度低的缺陷，现有技术中有很多解决办法，其中，最有发展前景且最廉价的办法就是表面改性技术，而众多的钛合金表面改性技术当中，渗氧强化比较具有特色。钛合金的渗氧强化按照作用时间来分，一种是快速渗氧，另一种主要为在炉中加热的办法进行渗氧。由于采用炉中整体加热的办法加热时间长，能耗大，而且不能对材料的指定区域进行加热，从而只具有一定的适用范围。

而大多数钛合金承受载荷的部件或应用于摩擦磨损场合的部件，一般只要求局部区域硬度较高就可以满足使用要求，而可以局部渗氧强化和快速渗氧强化的手段可参阅于2005年9月21日公告的发明专利，公告号为CN1219909C，该发明专利的发明名称为“钛或其合金的快速渗氧硬化方法”。该发明揭示的提高钛或其合金的表层硬度的方法是利用激光照射钛或其合金表面，在不超过钛或其合金的相变温度和熔化温度之间快速加热进行强化渗氧，然后加工去掉最表层的氧化膜，最后得到渗氧层；使用该方法对钛或其合金进行激光强化后，使钛或其合金的硬度提高1-2倍，硬化深度达到10-30微米，有效提高了钛或其合金的耐磨寿命。

但是该方法由于采用激光直接对钛合金进行辐照，使用的保护气体为环境大气或氩气稀释过的氧气，在钛合金表面存在一种厚度的氧化膜，需要在使用前采用酸洗的办法或机械加工的办法进行去除，这样的处理办法对要求精度(尺寸精度)比较低的钛合金可以满足要求，如果精度要求(尺寸精度)稍高的话，就不再适用。另外激光直接辐照钛合金的时候，钛合金表面将大部分的激光能量反射，使得激光能量利用率非常低。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的钛合金的激光渗氧硬化方法，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛合金的激光渗氧硬化方法，该方法在于采用激光辐照钛合金表面，钛合金表面涂覆由含TiO2为主的粉末，在环境大气的条件下，激光能量使钛合金表面发生微熔，从而在钛合金表面形成渗氧强化层，此种处理办法对钛合金的尺寸精度影响很小，甚至无影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钛合金的激光渗氧硬化方法，其包括如下步骤：

1)将钛合金表面抛光，清理干净；

2)将以TiO2为主体的粉末使用粘结剂调制成浆糊状浆料；

3)使用毛刷在钛合金表面涂覆调制好的浆料，然后风干或吹干；

4)使用激光器对涂覆有浆料的钛合金表面进行扫描，并控制激光能量，使钛合金表面发生微熔，在钛合金表面形成渗氧强化层。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，步骤2)中粉末粒度小于150μm。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，步骤3)中涂覆在钛合金表面的浆料厚度不超过0.2mm。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，步骤4)中激光器对涂覆有浆料的钛合金表面进行扫描的工序在大气环境下完成。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，步骤4)后还包括：对加工后的钛合金进行快速冷却。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，步骤4)中采用的激光器为二氧化碳激光器。

优选的，在上述钛合金的激光渗氧硬化方法中，采用激光对钛合金需要强化加工的区域进行连续扫描并搭接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)利用激光对钛合金进行处理后，表面硬度可以达到500-850Hv，硬化深度可以达到100-200μm，有效的提高了钛合金在摩擦环境下的使用寿命；

(2)由于TiO2粉末的存在，一方面隔离了空气中的一部分氧气，使得钛合金表面发生氧化的能力减弱，从而可以完全采用在大气下进行激光处理；另一方面，若是直接对钛合金进行激光渗氧处理，由于钛合金的表面反光，会使大部分激光能量耗散在空气中，采用了TiO2为主的粉末涂覆在钛合金表面，相当于激光淬火时在金属表面涂覆了吸光剂，可以大大提高钛合金对激光的吸收率，从而可以使相同能量下的激光渗氧强化层的深度加大，延长材料的使用寿命。

附图说明