钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101851744A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CNCN101851744101851744A(43)申请公布日2010.10.06(21)申请号201010195222.5C23C14/06(2006.01)(22)申请日2010.06.05(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人李秀燕张莹杨慧岩唐宾(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人庞建英(51)Int.Cl.C23C14/34(2006.01)C23C14/00(2006.01)C23C14/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法(57)摘要钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法，属于金属材料表面改性与强化技术领域，其特征在于是一种在钛合金基体表面交替循环进行单元渗Mo和Mo/N共渗制备强韧性Mo/MoN多层复合改性层的技术方案，在工件表面先渗镀4～6μm厚的Mo底层；然后同时通入氩气和氮气，在工件表面渗镀厚度为2～4μm的MoN层；再关闭氮气的供应，真空室内只通入氩气，在工件表面继续渗镀2～4μm厚的Mo层；通过开启和关闭氮气的供应，继续交替循环在工件表面渗镀MoN层和Mo层，并使多层复合层的最表层为MoN层，制备调制周期为2～4μm，总厚度为10～50μm的Mo/MoN多层复合层；工件随炉冷却至室温后取出，制备的Mo/MoN多层复合改性层显著改善钛合金在高接触载荷条件下的磨损性能。CN108574ACN101851744ACCNN110185174401851745A权利要求书1/1页1.钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法，其特征在于是一种在钛合金基体表面交替循环进行单元渗Mo和Mo/N共渗制备强韧性Mo/MoN多层复合改性层的技术方案，包括下述步骤：Ⅰ利用双层辉光离子渗金属技术进行表面改性，以纯Mo板作溅射靶，以钛合金工件作基体，将真空室抽真空至5Pa以上，然后通入氩气，在工件表面先渗镀4～6μm厚的Mo底层，其工艺条件为：工件与Mo靶之间距离15～18cm，气压30～50Pa，靶电压950～1200V，工件电压450～650V，工件温度800-1000℃，渗镀时间40～60min；Ⅱ在真空室依然通入氩气的情况下同时通入氮气，继续在工件表面渗镀厚度为2～4μm的MoN层，其工艺条件为：工件与Mo靶之间距离15～18cm，氩气与氮气的流量比1∶2～2∶1，气压30～50Pa，靶电压950～1200V，工件电压450～650V，工件温度800-1000℃，渗镀时间20～60min；Ⅲ关闭氮气的供应，真空室内只通入氩气，在工件表面继续渗镀2～4μm厚的Mo层，其工艺条件为：工件与Mo靶之间距离15～18cm，气压30～50Pa，靶电压950～1200V，工件电压450～650V，工件温度800-1000℃，渗镀时间20～40min；Ⅳ通过开启和关闭氮气的供应，继续交替循环在工件表面渗镀MoN层和Mo层，并使多层复合层的最表层为MoN层，渗镀MoN层和Mo层的工艺参数分别与步骤Ⅱ和步骤Ⅲ相同，最终在钛合金工件表面制备调制周期为2～4μm，总厚度为10～50μm的Mo/MoN多层复合层；Ⅴ工件随炉冷至室温，然后将工件取出。2CCNN110185174401851745A说明书1/4页钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法技术领域[0001]本发明钛合金表面强韧性多层复合改性层的制备方法，属于金属材料表面改性与强化技术领域，特别涉及一种在钛合金基体上制备高结合强度、强韧性Mo/MoN多层复合改性层的方法。背景技术[0002]钛合金具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀性能优异等特点，被应用于航空航天、化工、生物医学、汽车制造、体育用品等领域。但钛合金的耐磨性差，这影响了钛合金构件的安全性和可靠性，限制了它的应用范围。利用表面工程技术在钛合金表面形成改性层是改善钛合金磨损性能的有效手段，可以极大地拓展钛合金的应用范围。[0003]我国学者发明的“双层辉光离子渗金属技术”(美国专利4520268)及相应的设备“双层辉光离子渗金属炉”(中国专利CN1030262A)用于钛合金的表面改性具有独特的优势。该技术是在真空环境中，利用气体(通常用氩气)放电产生低温等离子体，其中的正离子轰击金属靶，溅射出的金属元素在高温的金属基体表面沉积、扩散，从而形成具有连续扩散层的表面渗镀改性层。如果同时通入反应气体(如氮气、氧气等)，则可实现金属靶元素和反应气体元素在基体表面的共渗，在基体表面形成金属化合物的渗镀层。考虑到钛合金重要构件主要使用退火态，所以双层辉光离子渗金属技术用于钛合金的表面改性，既可改善其表