專利名稱：TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種滲氮工藝，特別是一種TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝，屬于金屬熱處理領域。
氣體滲氮廣泛應用于鋼鐵材料，它是在鋼鐵材料表層富集氮的一種化學熱處理方法，這種處理通常是使含有鋁、鉻、銅、鈦或釩的合金鋼工件在氨氣中進行滲氮，滲氮溫度在773K～863K之間。在所有工業領域中，應用滲氮來提高強度、抗磨損和抗腐蝕性能，已在技術上獲得廣泛應用。然而由于TiAl基合金室溫組織通常由大量的γ相和少量的α2相組成，而且γ相為Ll0型面心立方結構，因此TiAl基合金的滲氮較鋼鐵，甚至鋁含量低的其他Ti-Al系的合金都要困難。通過對現有技術的檢索，發現《Surface and Coatings Technology》78(1996)211-218，由作者C.L.Chu發表一文“Ion nitriding of titaniumaluminides with 25-53 at.％AL INitriding parameters and microstructurecharacterization”，該技術主要研究了氮化溫度、氮化時間、工作氣壓以及工作氣氛(按氮氣和氫氣不同配比)對氮化的影響，氮化溫度和時間是影響氮化后試樣表面硬度的主要因素。該技術的主要缺點在于高能離子的轟擊使工件的粗糙度和變形變大，成本很高。
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝。
本發明的技術方案和實施情況如下本發明的工藝方法主要包括滲氮前的預處理工藝和滲氮工藝，具體為(一)滲氮前的預處理工藝
1.將切割好的試樣表面拋光至No.1000水砂紙，然后在丙酮和酒精中進行去脂清洗，2.將清洗好的試樣放入帶有保護氣氛的熱處理爐或真空熱處理爐中，在900℃去應力退火5h，(二)滲氮工藝1.將試樣以及適量的NH4Cl放入石英管電阻加熱爐中，待爐口密封好后通入氬氣，以驅趕爐中的空氣，加入NH4Cl，主要是利用它在滲氮爐中分解產生HCl來除去工件表面的鈍化膜，同時它還有促進金屬氮化物形成的作用，由于NH4Cl在高于523K的情況下很快分解，故一般將NH4Cl與石英砂混合，裝在不銹鋼盒內，NH4Cl的量以每立方米滲氮爐容積加入0.4kg～0.5kg時效果最好，2.打開電源升溫，當到達預定溫度后將氨氣流量調整到5cm3·s-1～30cm3·s-1，按照30h—100h的時間進行保溫，滲氮溫度為1073K～1213K，當達到保溫時間后關掉氨氣，試樣隨爐冷卻，并通入氬氣，防止試樣氧化。
以下進一步提供實施例實施例一1試樣進行滲氮前預處理(1)將切割好的試樣表面拋光至No.1000水砂紙，然后在丙酮和酒精中進行去脂清洗，(2)將清洗好的試樣放入帶有Ar保護氣氛的熱處理爐中，在900℃去應力退火5h，2滲氮工藝，工藝參數如下表1所示
表1實施例三滲氮工藝參數滲氮溫度(K)氨氣流量(cm3·s-1) 保溫時間(h)1073 5303實施效果其表面努氏硬度為761kg·mm-2，滲層厚度為13μm。
實施例二1試樣進行滲氮前預處理(1)將切割好的試樣表面拋光至No.1000水砂紙，然后在丙酮和酒精中進行去脂清洗。
(2)將清洗好的試樣放入帶有Ar保護氣氛的熱處理爐中，在900℃去應力退火5h。
2滲氮，工藝參數如下表2所示表2實施例三滲氮工藝參數滲氮溫度(K)氨氣流量(cm3·s-1) 保溫時間(h)1133 15503實施效果其表面努氏硬度為957kg·mm-2，滲層厚度為50μm。
實施例三1.試樣進行滲氮前預處理
(1)將切割好的試樣表面拋光至No.1000水砂紙，然后在丙酮和酒精中進行去脂清洗。
(2)將清洗好的試樣放入帶有Ar保護氣氛的熱處理爐中，在900℃去應力退火5h。
2滲氮工藝，工藝參數如下表3所示表3實施例三滲氮工藝參數滲氮溫度(K)氨氣流量(cm3·s-1) 保溫時間(h)1213 301003實施效果其表面努氏硬度為1919kg·mm-2，滲層厚度為105μm。
本發明具有實質性特點和顯著進步，在合金表面形成氮化物、擴散層以及合金基體的復合層可以大幅度提高TiAl基合金表面硬度，使滲氮速度提高2～3倍。當滲氮溫度提高到1213K，滲氮時間延長到100h，試樣的表面努氏硬度可達1919kg·mm-2。
權利要求
1.一種TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝，其特征在于工藝方法主要包括滲氮前的預處理工藝和滲氮工藝，具體為(一)滲氮前的預處理工藝①將切割好的試樣表面拋光至No.1000水砂紙，然后在丙酮和酒精中進行去脂清洗，②將清洗好的試樣放入帶有保護氣氛的熱處理爐或真空熱處理中，在900℃去應力退火5h，(二)滲氮工藝①將試樣以及適量的NH4Cl放入石英管電阻加熱爐中，待爐口密封好后通入氬氣，加入NH4Cl，將NH4Cl與石英砂混合，裝在不銹鋼盒內，②打開電源升溫，當到達預定溫度后將氨氣流量調整到5cm3.s-1～30cm3.s-1，按照30h—100h的時間進行保溫，滲氮溫度為1073K～1213k，當達到保溫時間后關掉氨氣，試樣隨爐冷卻，并通入氬氣。
2.根據權利要求1所述的這種TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝，其特征在于NH4Cl的量以每立方米滲氮爐容積加入0.4kg～0.5kg時效果最好。
全文摘要
TiAl基合金的快速高溫氣體滲氮工藝方法為:(一)滲氮前的預處理工藝:將切試樣表面拋光,去脂清洗,將試樣放入帶有保護氣氛的熱處理爐或真空熱處理爐中,在900℃去應力退火5h;(二)滲氮工藝:將試樣以及適量的NH
文檔編號C23C8/02GK1329181SQ01113438
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月14日 優先權日2001年6月14日
發明者吳建生, 孫堅, 趙斌 申請人:上海交通大學