[发明专利]一种适用于钛合金的湿喷丸表面改性方法

说明书

本发明涉及一种适用于钛合金的湿喷丸表面改性方法：对钛合金零部件进行表面清理，对不能喷丸的部位进行包裹塞堵；利用陶瓷丸与水对钛合金零部件进行湿喷丸处理，水与陶瓷丸的质量比为5:1，对湿喷丸处理后的钛合金零部件进行干燥处理。与现有技术相比，本发明不借助其他处理方式，仅通过喷丸工艺参数的优化实现对材料组织结构的调控，提高了方法的通用性；利用湿喷丸中水对材料表面的冷却作用，可以降低钛合金表面温度，避免产生火花、表面烧伤和α相脆化，以充分发挥喷丸改性效果；湿喷丸利用水的缓冲作用，可以降低喷丸过程中塑性变形的应变率，避免钛合金表面产生微裂纹等缺陷，降低材料表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及喷丸表面改性处理技术领域，尤其是涉及一种适用于钛合金的湿喷丸表面改性方法。

背景技术

钛合金具有密度较小、比强度高、工作温度范围宽(-253℃～600℃)、中温性能稳定、无磁性、较好的耐腐蚀性和良好的生物相容性等性能，被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空、航天、军事、民用等各个领域已经得到了广泛应用。

由于受到交变载荷和外界环境的影响，疲劳断裂成了工程应用中(如航空航天、交通运输设备、大型机电设备等)大多数钛合金零部件的主要失效形式，据统计，80％的零件失效是由于疲劳断裂造成的，这严重限制了钛合金的应用和发展。

为改善钛合金的疲劳性能，可采用喷丸等表面改性技术，通过提高材料表面完整性等级来提高疲劳强度。但由于钛合金材料的性能特殊性，经传统干喷丸处理后主要存在以下缺点：(1)钛合金导热性差，在喷丸过程中表面会产生火花，导致表面烧伤，引起α相脆化，降低其疲劳性能；(2)钛合金属于密排六方晶体结构(HCP)，塑性变形能力较差，在传统干喷丸处理过程中由于应变率较大，容易使钛合金表面产生微裂纹，降低其表面完整性；(3)因为干喷丸没有水的润滑作用，喷丸处理后试样表面粗糙度较大，易造成材料表面应力集中，降低零部件疲劳性能。

中国专利CN109487183A公开了一种适用于铝锂合金的湿喷丸表面改性方法，采用以下步骤：(1)对铝锂合金零件进行表面清理并保护不能喷丸的部位；(2)对铝锂合金零件进行湿喷丸处理；(3)对经过喷丸处理的铝锂合金零件进行干燥处理。铝锂合金属于面心立方金属，在塑性变形过程中，滑移面较多，变形相对容易，但钛合金属于密排六方晶体结构，在变形过程中可开动的滑移系较少，变形较难进行，因此在喷丸处理过程中需要适当提高喷丸强度、弹丸初速度和弹丸流量等工艺参数，以实现目标喷丸效果。但由于钛合金对喷丸强度变化较为敏感且钛合金导热性较差，强度也略低于镍基高温合金，因此在喷丸过程中也不能使用过高的喷丸强度，否则会导致材料表面折叠、开裂等问题甚至由于摩擦热过高而产生火花，反而降低材料疲劳性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于钛合金(包括：TC4、TC17、TC18、1023等钛合金)的湿喷丸方法，即采用陶瓷丸和水混合的磨液对钛合金进行湿喷丸处理，其中水可以对受喷材料表面起到冷却作用，避免钛合金在喷丸过程中发生表面烧伤、α相脆化和产生表面微裂纹等问题，同时水还可以起到缓冲和润滑的作用，从而降低材料表面粗糙度，最大限度地发挥喷丸改性效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于钛合金的湿喷丸表面改性方法，采用以下步骤：

步骤一：根据零部件尺寸规格和性能要求，确定目标喷丸强度和目标覆盖率等喷丸参数；

步骤二：对试样或者零件进行表面清理，确保没有油污或其它污染物；

步骤三：对试样或零件进行检查，确保喷丸前的工序都已经到位；

步骤四：对零件进行装夹，用胶带或橡胶皮对零部件进行包裹塞堵，保护不能喷丸的部位；

步骤五：按照工艺参数要求对试样或零件进行湿喷丸处理；