[发明专利]一种钛合金表面减摩耐磨改性工艺

说明书

本发明公开一种钛合金表面减摩耐磨改性工艺。所述工艺采用电火花强化方法对钛合金表面进行改性，电极为钨电极，其元素质量分数比例为：C 13‑18％、O 6‑10％、Ce 3‑4％、其余为W，钛合金基体为TC4钛合金。对钛合金基体表面进行打磨和超声清洗处理，使用电火花堆焊机对试样表面进行强化，强化工艺的主要参数范围为：转速：350‑500r/min；电压20‑60V；输出功率占比：10‑50％；放电频率：100‑300Hz；每平方厘米强化时间2‑5min。本发明提供的强化层在球‑盘试验中与钢球的摩擦系数为0.1‑0.2，硬度为7‑10GPa，可用于航空航天、汽车机械、船舶工程等领域。

技术领域

本发明涉及一种金属表面改性工艺，具体为一种钛合金表面减摩耐磨改性工艺。

技术背景

钛合金具有密度小、比强度大、耐腐蚀性强的特点，广泛应用于航空航天、船舶工业等领域，但钛合金的硬度低、耐磨性能差、摩擦系数大，限制钛合金零部件的应用范围，常用改进方法是在钛合金表面进行强化处理，电火花表面改性是一种利用电极之间放电产生金属间合金化的强化方法，制备的强化层具有结合强度高、热应力小的优点，常用于金属基体的表面强化。

专利CN201710357669.X首先采用电火花强化的方式在钛合金表面制备了非晶材料TiZrNiCuBe，形成防钛火阻燃层，其次在阻燃层表面采用等离子喷涂制备了ZrO₂.7-8％Y₂O₃隔热层。该专利关注了钛合金强化层的阻燃性能，并未对强化层的摩擦磨损性能进行测试。

专利CN201810255947.5采用钛合金材料为基体，使用与基体材料相同型号的钛合金为电极材料，运用电火花强化的方式在基体表面制备钛合金强化层。该专利仅关注了强化层与基体之间的结合情况，并未对强化层摩擦磨损性能进行测试。

专利ZL201811209330.6采用：TiC16～17％，WS₂22～25％，余量为Ni60的合金粉末与粘结剂混匀后预制与TC4表面，烘干后采用激光熔覆工艺制备得到复合强化层。该专利提供的复合强化层平均硬度较TC4提高一倍，在工况为对偶件为5mm的Si₃N₄陶瓷球、载荷5N、旋转半径1mm、线速度8.44m/min、时间30min和温度20℃、300℃、600℃和800℃的条件下，摩擦系数分别为0.44、0.39、0.38和0.32。

专利CN201711197771.4采用将表面纳米化技术和离子渗氮技术结合的方式对钛合金表面进行强化。该专利提供的强化层以Si₃N₄为对磨球，在不同载荷(15N、20N和25N)的条件下的干摩擦系数为0.2～0.4。

上述专利多关注钛合金强化层的硬度、抗高温氧化性能的提高，并未对强化层的摩擦磨损性能进行系统性的研究，因此探索一种钛合金表面改性工艺，保证表面具备一定的结合强度下，较大幅地提高减摩耐磨性能，对于扩展钛合金材料在摩擦磨损相关领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金减摩耐磨改性工艺。

本发明提供的钛合金表面减摩耐磨改性工艺，其电极为钨电极，其元素质量分数比例为：C 13-18％、O 6-10％、Ce 3-4％、其余为W，钛合金基体为商品级TC4钛合金。

所述工艺步骤是：

步骤1：使用2000目的水磨砂纸去除TC4钛合金试样表面的氧化层至表面无明显划痕，在95％乙醇中超声清洗15min。

步骤2：使用无尘纸将清洗完成的钛合金试样擦干，在电火花堆焊机的夹具上装夹。