一種利用電火花進(jìn)行鈦合金表面改性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電火花放電加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用電火花進(jìn)行鈦合金表面 改性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于鈦合金具有低的密度和高的比強(qiáng)度等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng) 域，但鈦合金硬度低，耐磨性差。針對(duì)上述問題，專家學(xué)者們?cè)噲D通過表面改性的方法來提 高其耐磨性。其中，有人提出了微弧氧化法，該方法在鈦合金的表面生成氧化鈦層，能夠使 鈦合金的硬度提高50%左右，氧化鈦層的表面有許多孔洞，影響其強(qiáng)度。
[0003] 所以，仍需要一種行之有效的能提高鈦合金耐磨性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用電火花進(jìn)行鈦合金表面改性的方法， 能夠提高鈦合金的耐磨性能。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：發(fā)明一種利用電火花進(jìn)行鈦合金表 面改性的方法，包括漏斗，其特征在于：將待加工的鈦合金冷卻至一 100~一 80°c，用Cu基 SiC復(fù)合電極在煤油中對(duì)振動(dòng)的鈦合金工件進(jìn)行電火花加工，電火花的放電電流為3~6A， 脈沖寬度為60~90us，脈沖間隔為5~7s ;煤油還混勻有粒徑為3~5um的Si粉； 所述Cu基SiC復(fù)合電極是通過激光將Cu基SiC復(fù)合微粉燒結(jié)在振動(dòng)的基板上，基板 的振動(dòng)功率為80W~100W，振幅為1~2um ;所述Cu基SiC復(fù)合微粉的制備步驟如下： a、 化學(xué)鍍銅：將SiC制成粒徑為3~5um的微粒，對(duì)SiC微粒表面進(jìn)行化學(xué)鍍銅并干 燥，制得SiC鍍銅微粒； b、 制備熔液：將金屬純Cu加熱至1150~1180°C，制得Cu熔液； c、 微粒植入：在漏斗中設(shè)置導(dǎo)管，導(dǎo)管的下端位于漏斗底部的漏嘴處、上端連通高壓氮 氣源，導(dǎo)管還連通送料管，送料管的另一端連接均勻送料器；漏斗的底部設(shè)置送氣裝置，送 氣裝置的出氣口朝向漏嘴處； 將步驟b制得的Cu熔液倒入漏斗中，步驟a制得的SiC鍍銅微粒加到均勻送料器中， 同時(shí)開啟高壓氮?dú)庠?、均勻送料器和送氣裝置，SiC鍍銅微粒通過送料管均勻地進(jìn)入導(dǎo)管， 并在高壓氮?dú)庠吹娘L(fēng)力下被吹出導(dǎo)管，Cu熔液包覆在SiC鍍銅微粒的外周并一同從漏嘴漏 下，被氣體霧化成復(fù)合微粉； d、 篩選：步驟（3)制得的復(fù)合微粉過100~150目篩，取篩下部分。
[0006] 優(yōu)選的，所述煤油中Si粉的濃度是12g/L。
[0007] 優(yōu)選的，在電火花加工中設(shè)置磁力攪拌裝置，在磁力攪拌裝置的底座上放置絕緣 的工作液槽，工作液槽的橫截面呈圓形，磁力攪拌裝置的攪拌子深入工作液槽中； 工作液槽內(nèi)還設(shè)置超聲振動(dòng)裝置的變幅桿和帶動(dòng)變幅桿的換能器，鈦合金工件固定在 變幅桿上，鈦合金工件通過直徑4~5mm粗的銅絲連接脈沖電源。
[0008] 優(yōu)選的，所述磁力攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為1600~2000r/min。
[0009] 優(yōu)選的，所述基板在制備Cu基SiC復(fù)合電極前依次用80#、200#和500#粒度的砂 紙打磨，并用乙醇清洗，吹干。
[0010] 優(yōu)選的，所述激光光束直徑為1~2 mm，激光功率為3~4 KW，掃描速度為7~9 mm/s，同軸送粉量為6~8g/min。
[0011] 優(yōu)選的，步驟a的工作溫度為80°C，化學(xué)鍍銅時(shí)間為3小時(shí)。
[0012] 優(yōu)選的，步驟a中所用化學(xué)鍍?nèi)芤河?4~16質(zhì)量分五水硫酸銅、25~32質(zhì)量分 甲醛和10~12質(zhì)量分氫氧化鈉溶于1000質(zhì)量分水中制成，SiC微粒與化學(xué)鍍?nèi)芤旱馁|(zhì)量 比為1:10。
[0013] 優(yōu)選的，步驟C中送氣裝置的送氣壓力為L 2~L 4 MPa。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 1、本發(fā)明利用電火花脈沖放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫使得鈦合金工件表面材料融化、氣化， 并形成熔池，熔池內(nèi)的Ti與煤油中的Si粉反應(yīng)生成TiSi，同時(shí)煤油在高溫作用下會(huì)有一部 分C被分離出來，它與熔池中的Ti反應(yīng)生成TiC，工具電極被電蝕出的SiC -部分會(huì)在高溫 下分解出Si和C，在鈦合金表面熔池內(nèi)與鈦結(jié)合生成硬質(zhì)相TiSi和TiC，沒有分解的SiC 也被融入鈦合金表面的熔池內(nèi)，生成鈦合金的耐磨層。
[0015] 2、由于鈦合金工件在待加工前，先進(jìn)行了冷處理，增強(qiáng)其導(dǎo)電能力，一方面有助于 消電離，另一方面易于細(xì)化晶粒，形成亞穩(wěn)相，提高硬度和耐磨性。
[0016] 3、由于對(duì)鈦合金工件施加了振動(dòng)，能夠使得耐磨層更加均勻，更加致密。
[0017] 4、由于所用的Cu基SiC復(fù)合電極特定的制備工藝，使得電極中SiC分布均勾，降 低了工具電極的損耗，提高鈦合金工件成型的精度。
【附圖說明】
[0018] 圖1是制粉設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是電火花加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是鈦合金改性后的斷面SEM圖。
[0019] 附圖標(biāo)記為：1、漏斗；2、導(dǎo)管；3、高壓氮?dú)庠矗?、均勻送料器；5、送料管；6、送氣 裝置；7、出氣口；8、漏嘴；9、工作液槽；10、攪拌子；11、銅絲；12、Cu基SiC復(fù)合電極；13、鈦 合金工件；14、變幅桿；15、底座；16、換能器。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021] 實(shí)施例一 依次按照以下步驟制得Cu基SiC復(fù)合微粉： a、 將SiC制成粒徑為3um的微粒，由14質(zhì)量份的五水硫酸銅、25質(zhì)量份的甲醛和10質(zhì) 量份的氫氧化鈉溶于1000質(zhì)量份的水中制成化學(xué)鍍?nèi)芤?，SiC微粒放入化學(xué)鍍?nèi)芤褐羞M(jìn)行 表面化學(xué)鍍銅并干燥，SiC微粒與化學(xué)鍍?nèi)芤旱馁|(zhì)量比為1:10,制得SiC鍍銅微粒；化學(xué)鍍 銅的工作溫度為80°C，時(shí)間為3小時(shí)； b、 將金屬純Cu加熱至1150°C，制得Cu熔液； C、如圖1所示，在漏斗1中設(shè)置導(dǎo)管2,導(dǎo)管2的下端位于漏斗1底部的漏嘴8處、上端 連通高壓氮?dú)庠?,導(dǎo)管2還連通送料管5,送料管5的另一端連接均勻送料器4 ;漏斗1的 底部設(shè)置送氣裝置6,送氣裝置6的出氣口 7朝向漏嘴8處； 將步驟b制得的Cu熔液倒入漏斗1中，步驟a制得的SiC鍍銅微粒加到均勻送料器4 中，同時(shí)開啟高壓氮?dú)庠?、均勻送料器4和送氣裝置6, SiC鍍銅微粒通過送料管5均勻地 進(jìn)入導(dǎo)管2,并在高壓氮?dú)庠?的勻速風(fēng)力下被吹出導(dǎo)管2, Cu熔液包覆在SiC鍍銅微粒的 外周并一同從漏嘴8漏下，被送氣裝置6噴出的氣體霧化成復(fù)合微粉；其中，送氣裝置6的 送氣壓力為I. 2MPa d、步驟c制得的復(fù)合微粉過100目篩，取篩下部分。
[0022] 用AutoCAD軟件(簡稱CAD)生成電極的三維實(shí)體模型，并將三維實(shí)體模型進(jìn)行切 片分層，切片的厚度為0.2 mm，將電極的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成二維輪廓信息，獲得各切片分 層的形狀參數(shù)。利用C02激光器在氬氣保護(hù)下采用同軸送粉的方式按照切片分層的形狀參 數(shù)將Cu基SiC復(fù)合微粉燒結(jié)在振動(dòng)的基板上，制得Cu基SiC復(fù)合電極12。基板在使用之前 依次用80#、200#和500#粒度的砂紙對(duì)基板進(jìn)行打磨，并用乙醇清洗，吹干?；宓恼饎?dòng)方 向與Cu基SiC復(fù)合微粉的沉積方向一致；基板用振動(dòng)裝置的振動(dòng)功率為80W，振幅為Ium ; 所用激光光束直徑為I mm，激光功率為3KW，掃描速度為7mm/s，同軸送粉量為6g/min。
[0023] 將待