一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106337161A(43)申请公布日2017.01.18(21)申请号201611091389.0(22)申请日2016.12.01(71)申请人西北有色金属研究院地址710016陕西省西安市未央路96号(72)发明人王浩楠李争显赵文姬寿长王彦峰吕海兵张勇(74)专利代理机构西安创知专利事务所61213代理人谭文琰(51)Int.Cl.C23C8/36(2006.01)C23C8/28(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法(57)摘要本发明公开了一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，该方法为：一、对钛基或锆基金属工件的表面进行预处理；二、将金属工件置于离子化学热处理炉中，预抽真空，通入Ar和CO2气体；三、对金属工件加载负偏压，产生辉光放电，用辉光等离子体对金属工件进行清洗，然后对钛基或锆基金属工件进行加热进行离子氧碳共渗处理；四、关闭偏压电源，停止通气，使钛金属工件随炉冷却至100℃以下出炉，得到经离子氧碳共渗处理的钛基或锆基金属工件，所述钛基或锆基金属工件的表面形成5μm～3000μm厚的硬化层，硬度达到700HV～2100HV。本发明渗速快、渗层深，制备的硬化层为复合渗层，渗层硬度高，复合渗层具有优良的韧性。CN106337161ACN106337161A权利要求书1/1页1.一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对钛基或锆基金属工件的表面进行预处理；步骤二、将步骤一中经预处理后的钛基或锆基金属工件置于离子化学热处理炉中，预-3-3抽真空至1×10Pa～9×10Pa后，同时通入Ar和CO2气体，控制Ar和CO2的流量比为1:(0.1～10)；步骤三、当步骤二中的离子化学热处理炉内的真空度达到1Pa～600Pa时，对钛基或锆基金属工件加载200V～500V的负偏压，产生辉光放电，用辉光等离子体对钛基或锆基金属工件进行10min～30min的清洗，然后负偏压升至600V～1200V，对钛基或锆基金属工件进行加热，使钛基或锆基金属工件的温度升至550℃～1100℃，然后进行0.3h～50h的离子氧碳共渗处理；步骤四、待步骤三中离子氧碳共渗处理完毕后待步骤三中离子氧碳共渗处理完毕后关闭偏压电源，停止通气，使钛基或锆基金属工件随炉冷却至100℃以下出炉，得到经离子氧碳共渗处理的钛基或锆基金属工件，所述钛基或锆基金属工件的表面形成5μm～3000μm厚的硬化层，硬度达到700HV～2100HV。2.根据权利要求1所述的一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，其特征在于，步骤一所述锆基金属为纯锆、锆锡合金或锆铌合金。3.根据权利要求1所述的一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，其特征在于，步骤一中所述预处理包括酸洗、机械抛光、除油清洗和脱水烘干。4.根据权利要求1所述的一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，其特征在于，步骤二中所述Ar和CO2气体的质量纯度均不低于99.99％。5.根据权利要求1所述的一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法，其特征在于，步骤四中所述硬化层为钛的氧化物和碳化物或者锆的氧化物和碳化物。2CN106337161A说明书1/8页一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法技术领域[0001]本发明属于金属材料的表面处理技术领域，具体涉及一种钛基或锆基金属表面等离子氧碳共渗的方法。背景技术[0002]钛、锆均具有优良的耐蚀性能，高的比强度，良好的加工性能。但是，它们的耐磨性差，摩擦时易产生烧接。钛、锆与人体骨骼、体液和脑组织的生物相容性好，可用来作为医学中骨骼等的替代材料。在航空工业中，空间条件下服役航天器及其活动构件要承受低温和交变温度、高能粒子辐照、原子氧侵蚀、碎片撞击及微尘冲刷等极端环境的综合作用，其失效行为和机制与地面常规环境下有很大差异，齿轮、滑道、轴承、分离机构卡环等空间机构在频繁的交变载荷作用下的损坏更加严重，因此，对材料的耐磨、抗氧化性能提出了更高的要求。为此，人们积极开展研究，希望通过钛、锆材料的表面处理，以提高其耐磨性。[0003]目前，在众多的表面处理技术中，用渗碳工艺提高钛、锆的耐磨性能最为显著。然而，普通的等离子渗碳方法和真空气体渗碳方法通常是通过甲烷、乙炔等气体提供碳元素，同时也伴随着有氢元素的生成，这样，在引入碳元素的同时，也将氢元素引入，发生钛、锆材料的“氢脆”现象，使钛、锆材料的塑性、韧性及抗拉强度大幅度下降。[0004]钛表面无氢渗碳技术，以及锆表面无氢渗碳技术中，通过真空下的石墨作为源极，溅射出C原子，在钛、锆表面进行渗碳，虽然避免了氢元素的引入，但溅射出的大