[发明专利]包埋法在工业纯钛表面制备抗空蚀硬质合金涂层的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金涂层的制备工艺，尤其涉及一种包埋法在工业纯钛表面制备抗空蚀性能的硬质合金涂层的工艺。

背景技术

随着高性随着科学技术的进步和发展，在高速潜艇、高速鱼雷、水翼、水轮机、水泵、水轮机过流部件、发动机缸体、人造心脏支架等各种设备、器件中均涉及到空蚀现象或者空蚀问题。空蚀是指液体局部压力的起伏而引起的蒸汽泡的形核、生长和溃灭的空化过程对材料所造成的损害，又称气蚀、汽蚀。如今，由于人们尚未对空蚀的复杂机理研究清楚；在以上应用领域中，空蚀现象被认为是一个不易解决的问题。因此，研制出具有良好抗空蚀性能的材料，仍然具有广泛而重要的意义。

目前，国内外提高金属材料抗空蚀性能主要通过两种途径：一是制备具有高表面硬度和韧性的材料，如采用合金化、冷变形、热处理等工艺提高金属材料的强度或硬度；二是对金属材料表面进行各种改性和处理，制备出与基体结合良好的抗空蚀表面涂层。一般来说，当材料表面硬度较高时，其抗空蚀能力也较强，此结论对于大多数典型金属材料都成立。与采用机械部件结构设计来减缓空蚀发生的手段相比，抗空蚀材料本身的选择、设计、制备以及改性显得更为重要。如今，抗空蚀材料研制和应用方面也取得了一定的进展，抗空蚀性能的改善大大提高了易空蚀零部件的性能和使用寿命。

目前实验室最常用的模拟空蚀实验是由超声波振荡空蚀设备来完成，空蚀实验过程参照美国材料试验学会(ASTM)空蚀及冲击腐蚀委员会制定的空蚀试验的相关标准。该标准采用磁致伸缩超声波振荡空蚀设备对材料的空蚀性能进行测定，还对相关参数进行了规定。此外，失重法是最普通且有效的表征材料空蚀程度的方法，根据失重数据可以获得累积失重曲线、平均累积失重率(平均腐蚀速度)曲线、抗空蚀能力(Re)。其中，抗空蚀能力(Re)是相应的平均累积失重率(平均腐蚀速度)曲线的斜率的倒数。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种采用包埋法在工业纯钛表面制备硬质钛合金涂层的工艺方法，该工艺利用高温条件下活性炭中碳原子与氮气中氮原子在碳酸盐催化剂的作用下加速扩散进入纯钛表面钛原子之间，从而实现碳氮共渗并在纯钛表面形成一定厚度的硬质钛合金涂层。该涂层是在纯钛表面扩散生成，涂层与基体属冶金结合，不存在界面结合问题；涂层为钛碳氮合金，其本身具有很高的硬度和优异的抗空蚀性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种包埋法在工业纯钛表面制备抗空蚀硬质合金涂层的工艺，包括以下步骤：

步骤一、工业纯钛预处理：将工业纯钛切割成钛片后，打磨、抛光至镜面，用无水乙醇超声清洗10～20min后干燥，备用；

步骤二、渗碳剂的配置：以活性炭为渗碳剂碳源，用研钵将活性炭研磨成粉末，备用；

步骤三、钛片的包埋处理：首先，将步骤二制备的渗碳剂填入陶瓷方舟并压实至所述陶瓷方舟深度的一半；然后，将步骤一预处理后的钛片平铺在渗碳剂上；最后，继续往陶瓷方舟中填入渗碳剂并压实，直至钛片完全被包埋；

步骤四、纯钛表面硬质合金涂层的制备：将步骤三包埋有钛片的陶瓷方舟置于通有高纯氮气的气氛管式炉中，以3～10℃/min的升温速率加热到950～1250℃并保温1～6h；保温结束后，炉冷至室温；取出钛片后打磨、抛光至镜面，并用无水乙醇超声清洗10～20min，烘干后，在该工业纯钛表面获得抗空蚀硬质合金涂层。

进一步讲，步骤二中，将按质量比为4：1混合的碳酸钡和碳酸钠作为催化剂，将催化化剂与活性炭粉末在混粉机中混合5～12h后，备用；其中，活性炭的质量占渗碳剂总质量的80～90％。

利用本发明包埋法在工业纯钛表面制备抗空蚀硬质合金涂层的工艺获得的具有抗空蚀硬质合金涂层的工业纯钛，采用NH-6L显微维氏硬度测试仪进行检测，其表面硬度最高可达1316.2HV10；通过超声波振荡空蚀设备以及ASTMG32-98标准模拟淡水或海水中空蚀得到在淡水或海水中的抗空蚀性能Re最高可达8，而工业纯钛的硬度为218HV10，抗空蚀性能Re为0.74。

与现有技术相比，本发明的有益效果是；