本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種電火花加工在鈦合金基體上制備TiN涂層表面的方法，屬于金屬表面涂層處理技術(shù)領(lǐng)域。通過PVD、CVD、等離子噴涂等技術(shù)制備TiN涂層的工藝都存在流程復雜、成本高、涂層厚度薄的問題，且均需要使用特定的場所、專用的設(shè)備，加工面積和厚度都難以很好控制，這在工業(yè)化生產(chǎn)的推廣方面都受到了很大的限制，而傳統(tǒng)電火花加工雖然制備的涂層較厚，但是涂層成分不均勻、表面粗糙、工藝不穩(wěn)定。本發(fā)明專利技術(shù)通過采用新型的電火花加工表面強化工藝，使用柔性鈦電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬質(zhì)電極，從電極內(nèi)部通入氮氣，脈沖電流將氮氣電離成高活性的氮原子、離子、分子，從而與熔融的鈦合金結(jié)合產(chǎn)生致密連續(xù)均勻的TiN涂層，同時柔性鈦絲電極的涂覆作用能夠使涂層表面更為平整，從而得到結(jié)構(gòu)致密均勻、無孔洞，表面平整的TiN涂層。涂層厚度能夠達到1mm。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種電火花加工在鈦合金基體上制備TiN涂層表面的方法，屬于金屬表面涂層處理
技術(shù)介紹
TC4鈦合金具有密度小、比強度高、比剛度高、有良好的耐腐蝕性、高溫力學性能的特點，被廣泛應用于航空航天、海洋等領(lǐng)域。但鈦合金存在硬度低、導熱系數(shù)低、耐磨性差的特點，限制了鈦合金的發(fā)展。目前大量研究人員利用物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、等離子噴涂的方法在鈦合金表面制備TiN涂層，而關(guān)于電火花表面強化制備TiN涂層的研究仍較少。TiN具有硬度高、熔點高、抗腐蝕性能好、耐磨性好的特點，但是利用PVD、CVD、等離子噴涂等技術(shù)制備TiN涂層的工藝都存在流程復雜、成本高、涂層厚度薄的問題，且均需要使用特定的場所、專用的設(shè)備，加工面積和厚度都難以很好控制，這在工業(yè)化生產(chǎn)的推廣方面都受到了很大的限制，如何解決這些問題成了當務(wù)之急。傳統(tǒng)電火花加工雖然制備的涂層較厚，但是涂層成分不均勻、表面粗糙、工藝不穩(wěn)定。針對這些缺陷，本專利技術(shù)進行了改進。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種通過電火花加工在鈦合金基體上制備TiN涂層的方法。其特征在于具有如下的制備過程和步驟：a，利用數(shù)控電火花加工機床，改裝設(shè)置使用TA2材質(zhì)的中空柔性電極鈦絲，并可通過電機帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)；電極旋轉(zhuǎn)速度為800~1300 r/min；b，將經(jīng)過磨削拋光的TC4鈦合金作為加工工件材料，安裝定位；TC4鈦合金成分為(wt.%)：鐵（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）≤0.05，氫（H）≤0.0150，氧（O）≤0.20，鋁（Al）5.5~6.8，釩（V）3.5~4.5，余量為鈦。c，通過鈦電極內(nèi)部空心向加工區(qū)域通入氮氣，使氮和熔融鈦合金反應形成致密均勻的TiN涂層；通入氮氣的氣壓為0.05-0.1Mpa；工作參數(shù)：電流強度為10-15A；脈寬為200-500μs；強化速度為1-3min/cm2。本專利技術(shù)通過新型的電火花加工工藝制備結(jié)構(gòu)致密均勻、無孔洞，表面平整的TiN涂層。本專利技術(shù)中的數(shù)控電火花成型機床，采用柔性鈦電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬質(zhì)電極，從電極內(nèi)部通入氮氣，利用脈沖電流將氮氣電離成高活性的氮原子、離子、分子，從而與熔融的鈦合金結(jié)合產(chǎn)生致密連續(xù)均勻的TiN涂層，涂層厚度超過1mm，涂層主要由TiN強化相組成。利用柔性鈦電極，對TiN涂層進行刮削涂覆，進一步增強涂層平整度。本專利技術(shù)具有以下特點：1、本專利技術(shù)充分利用電火花表面強化技術(shù)其優(yōu)點，相比于PVD、CVD、等離子噴涂等技術(shù)，制備的涂層更厚，制備成本低，適用于大工業(yè)生產(chǎn)，同時摒棄了傳統(tǒng)電火花加工制備涂層表面粗糙、不穩(wěn)定的特點，制備的涂層結(jié)構(gòu)致密均勻連續(xù)，表面平整。2、本專利技術(shù)工藝簡單、效果明顯，對環(huán)境無污染，成本低，適合工業(yè)化擴大生產(chǎn)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)采用的數(shù)控電火花成型機床示意圖。具體實施方式實施例1將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為為0.05 Mpa，調(diào)整電流強度為10A，脈寬300μs，強化速度為1min/cm2。實施例2將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為0.07Mpa，調(diào)整電流強度為11A，脈寬500μs，強化速度為3min/cm2。實施例3將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為0.08Mpa，調(diào)整電流強度為10A，脈寬300μs，強化速度為1.5min/cm2。實施例4將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為0.07Mpa，調(diào)整電流強度為9A，脈寬400μs，強化速度為2min/cm2。實施例5將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為0.1Mpa，調(diào)整電流強度為14A，脈寬500μs，強化速度為3min/cm2。實施例6將TC4鈦合金表面進行逐級打磨，并進行拋光，用酒精在超聲波狀態(tài)下清洗，清洗時間為5min。用電北京凝華NH7125型數(shù)控電火花成型加工機床對鈦合金進行表面強化。使用TA2材質(zhì)的柔性電極鈦絲，將工件置于鈦絲下，設(shè)置調(diào)速電機以800 r/min帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)，從氮氣入口向氮氣腔通入氮氣，氮氣經(jīng)過柔性鈦電極內(nèi)部到達加工區(qū)域，氮氣氣氛壓強設(shè)置為0.06Mpa，調(diào)整電流強度為12A，脈寬400μs，強化速度為2min/cm2。對各實施例經(jīng)處理后的樣品進行表面宏觀及硬度進行測試，結(jié)果如下：由實施例測試情況來看，通過本專利技術(shù)所制備的TiN涂層表面平整，具有致密均勻的微觀結(jié)構(gòu)及很高的硬度，同時具有良好的耐磨性。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種通過電火花加工在TC4基體上制備TiN涂層的方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟：a，利用數(shù)控電火花加工機床，改裝設(shè)置使用TA2材質(zhì)的中空柔性電極鈦絲，并可通過電機帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)；b，將經(jīng)過磨削拋光的TC4鈦合金作為加工工件材料，安裝定位；TC4鈦合金成分為(wt.%)：鐵（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）≤0.05，氫（H）≤0.0150，氧（O）≤0.20，鋁（Al）5.5~6.8，釩（V）3.5~4.5，余量為鈦；c，通過鈦電極內(nèi)部空心向加工區(qū)域通入氮氣，使氮和熔融鈦合金反應形成致密均勻的TiN涂層；通入氮氣的氣壓為0.05~0.1MPa；工作參數(shù)電流強度為10~15A；脈寬為200~500us；強化速度為1~3min/cm2。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種通過電火花加工在TC4基體上制備TiN涂層的方法，其特征在于具有如下的制備過程和步驟：a，利用數(shù)控電火花加工機床，改裝設(shè)置使用TA2材質(zhì)的中空柔性電極鈦絲，并可通過電機帶動柔性電極旋轉(zhuǎn)；b，將經(jīng)過磨削拋光的TC4鈦合金作為加工工件材料，安裝定位；TC4鈦合金成分為(wt.%)：鐵（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘慶東，黃哲瑞，李育霖，肖晨，李輝，孫金虎，
申請(專利權(quán))人：上海大學，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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