[发明专利]一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于电火花放电加工技术领域，具体涉及一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法。

背景技术

由于钛合金具有低的密度和高的比强度等优良特性，被广泛应用于航空航天领域，但钛合金硬度低，耐磨性差。针对上述问题，专家学者们试图通过表面改性的方法来提高其耐磨性。其中，有人提出了微弧氧化法，该方法在钛合金的表面生成氧化钛层，能够使钛合金的硬度提高50%左右，氧化钛层的表面有许多孔洞，影响其强度。

所以，仍需要一种行之有效的能提高钛合金耐磨性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，能够提高钛合金的耐磨性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，包括漏斗，其特征在于：将待加工的钛合金冷却至－100～－80℃，用Cu基SiC复合电极在煤油中对振动的钛合金工件进行电火花加工，电火花的放电电流为3～6A，脉冲宽度为60～90us,脉冲间隔为 5～7s；煤油还混匀有粒径为3～5um的Si粉；

所述Cu基SiC复合电极是通过激光将Cu基SiC复合微粉烧结在振动的基板上，基板的振动功率为80W～100W，振幅为1～2um；所述Cu基SiC复合微粉的制备步骤如下：

a、化学镀铜：将SiC制成粒径为3～5um的微粒，对SiC微粒表面进行化学镀铜并干燥，制得SiC镀铜微粒；

b、制备熔液：将金属纯Cu加热至1150～1180℃，制得Cu熔液；

c、微粒植入：在漏斗中设置导管，导管的下端位于漏斗底部的漏嘴处、上端连通高压氮气源，导管还连通送料管，送料管的另一端连接均匀送料器；漏斗的底部设置送气装置，送气装置的出气口朝向漏嘴处；

将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器中，同时开启高压氮气源、均匀送料器和送气装置，SiC镀铜微粒通过送料管均匀地进入导管，并在高压氮气源的风力下被吹出导管，Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的外周并一同从漏嘴漏下，被气体雾化成复合微粉；

d、筛选：步骤（3）制得的复合微粉过100～150目筛，取筛下部分。

优选的，所述煤油中Si粉的浓度是12g/L。

优选的，在电火花加工中设置磁力搅拌装置，在磁力搅拌装置的底座上放置绝缘的工作液槽，工作液槽的横截面呈圆形，磁力搅拌装置的搅拌子深入工作液槽中；

工作液槽内还设置超声振动装置的变幅杆和带动变幅杆的换能器，钛合金工件固定在变幅杆上，钛合金工件通过直径4～5mm粗的铜丝连接脉冲电源。

优选的，所述磁力搅拌装置的转速为1600～2000r/min。

优选的，所述基板在制备Cu基SiC复合电极前依次用80#、200#和500#粒度的砂纸打磨，并用乙醇清洗，吹干。

优选的，所述激光光束直径为1～2 mm，激光功率为3～4 KW，扫描速度为7～9 mm/s，同轴送粉量为6～8g/min。

优选的，步骤a的工作温度为80℃，化学镀铜时间为3小时。

优选的，步骤a中所用化学镀溶液由14～16质量分五水硫酸铜、25～32质量分甲醛和10～12质量分氢氧化钠溶于1000质量分水中制成，SiC微粒与化学镀溶液的质量比为 1:10。

优选的，步骤c中送气装置的送气压力为1.2～1.4 MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用电火花脉冲放电产生的瞬时高温使得钛合金工件表面材料融化、气化，并形成熔池，熔池内的Ti与煤油中的Si粉反应生成TiSi，同时煤油在高温作用下会有一部分C被分离出来，它与熔池中的Ti反应生成TiC，工具电极被电蚀出的SiC一部分会在高温下分解出Si和C，在钛合金表面熔池内与钛结合生成硬质相TiSi 和TiC，没有分解的SiC也被融入钛合金表面的熔池内，生成钛合金的耐磨层。

2、由于钛合金工件在待加工前，先进行了冷处理，增强其导电能力，一方面有助于消电离，另一方面易于细化晶粒，形成亚稳相，提高硬度和耐磨性。

3、由于对钛合金工件施加了振动，能够使得耐磨层更加均匀，更加致密。

4、由于所用的Cu基SiC复合电极特定的制备工艺，使得电极中SiC分布均匀，降低了工具电极的损耗，提高钛合金工件成型的精度。

附图说明

图1是制粉设备的结构图；

图2是电火花加工设备的结构图；