一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法.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CN112662975A(43)申请公布日2021.04.16(21)申请号202011433478.5(22)申请日2020.12.10(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖路1号(72)发明人刘麟李京李辰宇刘文明刘雪东张智宏彭剑陈普宽刘成文方亮(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人王姗(51)Int.Cl.C22F3/00(2006.01)C23C14/48(2006.01)C23C24/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法(57)摘要一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，步骤如下：将航空钛合金试样表面进行预处理；将预处理后试样进行电脉冲处理；将电脉冲处理后的试样进行第一次激光喷丸强化处理；去除第一次激光喷丸强化表面残留物，并超声清洗；将超声清洗后的试样表面进行高温离子注入N离子，在钛合金表面形成TiN层；将涂覆纳米Si和Al混合颗粒的铝箔粘贴在N离子注入后的试样表面进行第二次激光喷丸处理，形成耐高温的TiNAlSi层。本发明不仅可以在航空钛合金表层引入高幅值的残余压应力，形成纳米晶甚至非晶结构，同时在试样表层形成了结合强度较高的耐高温TiNAlSi涂层，进一步提高了航空钛合金的高温疲劳特性。CN112662975ACN112662975A权利要求书1/1页1.一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤一.将航空钛合金试样表面进行打磨抛光处理，然后放在酒精溶液中超声清洗，最后放在真空干燥箱中备用；步骤二.将预处理后航空钛合金试样进行电脉冲处理；步骤三.将电脉冲处理后的航空钛合金试样进行第一次激光喷丸强化处理；步骤四.去除第一次激光喷丸强化航空钛合金试样表面残留物，并放置在酒精溶液中超声清洗；步骤五.将超声清洗后的航空钛合金试样表面进行离子注入N离子，在钛合金表面形成TiN层；步骤六.将涂覆纳米Si和Al混合颗粒的铝箔粘贴在N离子注入后的航空钛合金试样表面进行第二次激光喷丸处理，形成耐高温的TiNAlSi层。2.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述步骤一中航空钛合金为TC4、TC6、TC11、TC17或TC21钛合金。3.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述步骤二中所述电脉冲处理的工艺参数为：电压为50V~140V，频率为200Hz~700Hz。4.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述步骤三中第一次激光喷丸强化的工艺参数为：激光脉宽为20~40ns，激光能量为2~5J，激光光斑直径为1~3mm，激光光斑搭接率为25%~75%，激光能量吸收层为80~100μm厚的铝箔，激光能量约束层为水或者K9玻璃。5.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，‑4‑3所述步骤五中离子注入的环境为真空，真空度为5×10~1.5×10Pa，离子注入的温度为100~200℃，加速电压为10~30kV，束流为0.05~0.1mA，注入时间为1~3h，注入剂量17172为1.5×10~7.5×10ions/cm，N离子源的纯度大于99.99％。6.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述步骤六中第二次激光喷丸强化的工艺参数为：激光脉宽为20~40ns，激光能量为5~10J，激光光斑直径为1~3mm，激光光斑搭接率为25%~75%，激光能量吸收层铝箔的厚度为80~120μm，激光能量约束层为水或者K9玻璃。7.根据权利要求1所述的一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法，其特征在于，所述步骤六中纳米Si和Al颗粒的直径为10~100nm，质量混合比为1:1。2CN112662975A说明书1/5页一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法[0001]技术领域[0002]本发明属于金属材料强化技术领域，具体涉及一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法。[0003]背景技术[0004]钛及其合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因具有比强度高、抗腐蚀性好以及服役温度范围广等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶和海洋工程等领域。但是钛合金对缺陷的敏感度高，在外界激励条件下易发生疲劳失效，大幅降低航空构件的服役寿命及安全性能，容易造成巨大的安全事故和经济损失。[0005]激光喷丸作为一种新型的形变强化技术，具有高压、高能和超高应变率等突出优点。激光喷丸强化在材料表层诱导的高幅值残余压应力，以及高密度位错、纳米孪晶和相