Tc4鈦合金表面納米結構的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鈦合金表面改性方法，特別是涉及一種TC4鈦合金表面納米結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]TC4鈦合金是一種中等強度的兩相鈦合金，該合金具有優異的綜合性能，在航空航天工業中獲得了最廣泛的應用。作為一種高性能輕量化合金，其具有廣闊的應用前景。隨著航空航天的迅速發展，惡劣的服役環境對TC4鈦合金的性能和使用可靠性提出了更高要求。納米結構材料由于獨特的理化及力學性能，在世界范圍內獲得廣泛關注。通過機械誘發局部大塑性變形方法制備的表面納米結構是納米結構材料領域最具潛力的技術之一，為改善鈦合金的表層和整體性能創造了條件。國內外學者研宄顯示，通過在鈦合金表面制備納米結構，使鈦合金的抗疲勞性能、抗腐蝕性能及擴散性能等性能得到不同程度的改善。
[0003]文獻I “郭周強，葛利玲，袁航等.鈦合金TC4表面納米化及其熱穩定性.材料熱處理學報.2012，33(3): 114?118”報道了采用超音速微粒轟擊技術對TC4鈦合金表面進行處理制備了表面納米結構，并表征了表面納米結構的組織特點。結果發現該方法獲得的TC4鈦合金表面納米結構最大厚度為10 μ m。
[0004]上述制備方法在TC4鈦合金表面成功制備出表面納米結構，但表面納米結構最大厚度為10 μ m。通過大塑性變形方法制備的表面納米結構存在孔洞及裂紋等微觀缺陷，表面納米結構太薄將嚴重制約TC4鈦合金表面納米結構的有效應用。

【發明內容】

[0005]為了克服現有方法制備的納米結構由于厚度薄而造成實用性差的不足，本發明提供一種TC4鈦合金表面納米結構的制備方法。該方法首先對TC4鈦合金進行退火處理，再用水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗，將清洗后的TC4鈦合金放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理。由于通過對TC4鈦合金進行去應力退火處理，使其在噴丸過程中可承載彈丸更大壓力和更長時間的持續高速沖擊，其表面發生大應變和高應變速率的劇烈塑性變形，在噴丸過程中并通過夾具限制其表面的材料流動，從而可以大幅度增大TC4鈦合金表面納米結構的厚度。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種TC4鈦合金表面納米結構的制備方法，其特點是采用以下步驟:
[0007]步驟一、在熱處理爐中對TC4鈦合金進行退火處理，處理條件為:加熱溫度600?650°C，保溫時間I?1.5h，空冷至室溫；
[0008]步驟二、依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗；
[0009]步驟三、將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；
[0010]步驟四、將夾具放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理，具體工藝參數為:彈丸尺寸Φ0.6?Φ 1.2mm，空氣壓力0.25?0.35MPa，噴丸時間30?60min。
[0011]本發明的有益效果是:該方法首先對TC4鈦合金進行退火處理，再用水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗，將清洗后的TC4鈦合金放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理。由于通過對TC4鈦合金進行去應力退火處理，使其在噴丸過程中可承載彈丸更大壓力和更長時間的持續高速沖擊，其表面將發生大應變和高應變速率的劇烈塑性變形，在噴丸過程中并通過夾具限制其表面的材料流動，從而大幅度增大了 TC4鈦合金表面納米結構的厚度。經測試，本發明制備的TC4鈦合金表面納米結構的厚度由【背景技術】的10 μπι提高到31?40 μ m，最高達到了 40 μ m，該表面納米結構的厚度比【背景技術】的納米結構厚度提高了 300%。
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細說明。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明TC4鈦合金表面納米結構的制備方法實例I制備的TC4鈦合金表面納米結構的掃描電鏡照片。
[0014]圖2 (a)是本發明TC4鈦合金表面納米結構的制備方法實例I制備的TC4鈦合金表面納米結構的透射電鏡明場照片；圖2(13)是本發明TC4鈦合金表面納米結構的制備方法實例I制備的TC4鈦合金表面納米結構的透射電鏡暗場照片；圖2((:)是本發明TC4鈦合金表面納米結構的制備方法實例I制備的TC4鈦合金表面納米結構的透射電鏡選區電子衍射照片。
【具體實施方式】
[0015]以下實施例參照圖1-2。
[0016]實施例1。
[0017](I)在熱處理爐中對TC4鈦合金進行退火處理，處理條件為:加熱溫度600°C，保溫時間1.5h，空冷至室溫；
[0018](2)依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗；
[0019](3)將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；
[0020](4)將夾具放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理，具體工藝參數為:彈丸尺寸Φ0.6mm，空氣壓力0.25MPa，噴丸時間60min。
[0021]經測試，本實施例制備的TC4鈦合金表面納米結構的厚度為40 μm。
[0022]從圖1可以看出，噴丸處理后TC4鈦合金表面發生劇烈塑性變形，晶界不可分辨的劇烈變形層厚115 ym。從圖2可以看出，明場像及暗場像中晶粒極其細小，同時選區電子衍射花樣為連續環狀，從而證明本實施例成功制備出了 TC4鈦合金表面納米結構。
[0023]實施例2。
[0024](I)在熱處理爐中對TC4鈦合金進行退火處理，處理條件為:加熱溫度630°C，保溫時間1.3h，空冷至室溫；
[0025](2)依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗；
[0026](3)將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；
[0027](4)將夾具放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理，具體工藝參數為:彈丸尺寸Φ 1.2mm，空氣壓力0.30MPa，噴丸時間30min。
[0028]經測試，本實施例制備的TC4鈦合金表面納米結構的厚度為31 μm。
[0029]實施例3。
[0030](I)在熱處理爐中對TC4鈦合金進行退火處理，處理條件為:加熱溫度650°C，保溫時間lh，空冷至室溫；
[0031](2)依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗；
[0032](3)將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；
[0033](4)將夾具放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理，具體工藝參數為:彈丸尺寸Φ0.8mm，空氣壓力0.35MPa，噴丸時間50min。
[0034]經測試，本實施例制備的TC4鈦合金表面納米結構的厚度為33 μm。
【主權項】
1.一種TC4鈦合金表面納米結構的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、在熱處理爐中對TC4鈦合金進行退火處理，處理條件為:加熱溫度600?650°C，保溫時間I?1.5h，空冷至室溫； 步驟二、依次采用80#、240#、600#水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗； 步驟三、將清洗后的TC4鈦合金放入夾具中，使鈦合金研磨表面與夾具上表面平齊；步驟四、將夾具放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理，具體工藝參數為:彈丸尺寸Φ0.6?Φ 1.2mm，空氣壓力0.25?0.35MPa，噴丸時間30?60min。
【專利摘要】本發明公開了一種TC4鈦合金表面納米結構的制備方法，用于解決現有方法制備的納米結構由于厚度薄而造成實用性差的技術問題。技術方案是首先對TC4鈦合金進行退火處理，再用水砂紙研磨TC4鈦合金表面，并將研磨后的TC4鈦合金浸于無水乙醇中超聲清洗，將清洗后的TC4鈦合金放入噴丸室，對TC4鈦合金研磨表面進行噴丸處理。由于通過對TC4鈦合金進行去應力退火處理，使其在噴丸過程中可承載彈丸更大壓力和更長時間的持續高速沖擊，在噴丸過程中通過夾具限制其表面的材料流動，從而大幅度增大了TC4鈦合金表面納米結構的厚度。經測試，本發明制備的TC4鈦合金表面納米結構的厚度由【背景技術】的10μm提高到31～40μm。
【IPC分類】C22F1-18
【公開號】CN104630678
【申請號】CN201510049643
【發明人】李淼泉, 劉印剛, 劉洪杰, 李慧敏
【申請人】西北工業大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月30日