專利名稱：一種tc4鈦合金表面質量優良的電火花表面強化制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種TC4鈦合金表面質量優良的電火花表面強化制備工藝，獲得具有優良表面質量強化層的TC4鈦合金
背景技術：
鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、工作溫度寬和腐蝕抗力強等優點逐漸成為一種優異的航空航天結構材料，但因其存在硬度低、耐磨損性能差等缺點限制了應用范圍的進一步擴展。如何提高鈦合金表面的硬度和耐磨性一直是鈦合金研究與應用所關注的焦點，國內外學者對此進行了大量的研究工作。電火花表面強化是電火花微細加工領域重要的延伸和拓展，通過電極與工件之間的瞬態放電，利用放電能量使電極材料向基體擴散、遷移，以實現基體局部表面熔化和合金化，獲得表面硬質薄層化合物，以增強合金表面硬度。但裂紋是大面積表面強化技術中最棘手的問題，因此，對于混粉準干式電火花表面強化技術而言仍然存在此類問題。科研工作者們對裂紋形成的規律以及防止裂紋長生的措施進行了近百年的研究，其經驗和成果在生產實踐中得到了應用。然而，直到目前，人們對裂紋的認識仍不是很全面，生產實踐中的裂紋問題仍然沒有得到很好的解決。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中電火花表面強化TC4鈦合金過程中強化層表面存在裂紋的問題，提供一種能有效的改善電火花表面強化TC4鈦合金強化層裂紋的方法。本發明改善TC4鈦合金表面質量的電火花強化工藝按以下步驟實施一、制備混粉準干式電火花表面強化需要的TC4鈦合金材料。實驗采用的是退火態的TC4鈦合金。二、用10% NaOH水溶液將TC4鈦合金表面清洗干凈，用卡具將其固定于電火花成型機床的工作臺上，在去離子水中混入固體粉末材料碳粉，粒度為2. 6 μ m，濃度為5ml/l，利用攪拌器將其攪拌均勻，利用霧狀發生器產生混粉準干式工作介質。電火花實驗參數為脈沖電流ie=2. 9Α、8· 2Α、14Α、20. 8Α，脈沖間隔Uf = 150 μ s，脈沖寬度= 150 μ s，電源極間放電電壓為120V，加工深度h = 0. 1mm，工具電極為石墨。強化時，工件接電源正極，工具電極接電源負極。本發明改善TC4鈦合金表面質量的電火花強化工藝原理為單個脈沖放電所釋放的能量為Wm= (25-30) iete (I)式中ie_脈沖電流幅值⑷；te-電流脈寬(μ s)脈沖電流大，則單個脈沖放電能量高，受高溫熔融的材料量多，材料凝固時溫度場梯度小，因而產生的裂紋少。本發明工藝簡單，易于操作。采用本發明方法處理后的TC4鈦合金表面裂紋明顯減少，最大顯微硬度值為693HV 1200HV，與未經過處理的原始TC4鈦合金相比提高了131% 300%。
具體實施例方式具體實施方式
一一、制備混粉準干式電火花表面強化需要的TC4鈦合金材料。實驗采用的是退火態的TC4鈦合金。用10% NaOH水溶液將其表面清洗干凈，用卡具將其固定于電火花成型機床的工作臺上。ニ、去離子水中混入固體粉末材料碳粉，粒度為2. 6iim，濃度為5ml/l，利用攪拌器將其攪拌均勻。三、混粉準干式工作介質的產生。采用霧狀發生器將混入固體強化材料的工作液體和氣體混合均勻，得到混粉準干式介質，作為電火花表面強化的工作介質。四、表面強化。氣液固三相準干式介質經專用噴嘴輸入工具電極和エ件之間的間隙，固體粉末強化材料粘附在エ件表面，電極放電產生的高溫使エ件基體材料與粉末強化材料熔融并發生原位自生反應，生成增強相，進而強化合金表面。電火花實驗參數選擇為脈沖電流ie = 2. 9A,脈沖間隔tf = 150 u s,脈沖寬度tm = 150 u s,電源極間放電電壓為120V，加工深度h = 0. 1mm，工具電極為石墨。強化時，エ件接電源正極，工具電極接電源負極。本實施方式制得的TC4鈦合金表面強化層上分布一定數量裂紋，如圖I所示。表面硬度測試其值為693HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高393HV，漲幅為131%。
具體實施方式
ニ 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中采用的實驗方案為脈沖電流ie = 8. 2A。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式制得的TC4鈦合金表面強化層裂紋數量較具體實施方式
一相比有所減少，如圖2所示。表面硬度測試其值為901HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高601HV，漲幅為200%。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中采用的實驗方案為脈沖電流ie = 14A。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式制得的TC4鈦合金表面強化層裂紋數量較具體實施方式
二相比又有所減少，如圖3所示。表面硬度測試其值為1051HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高751HV，漲幅為250%。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中采用的實驗方案為脈沖電流ie = 20. 8A。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式制得的TC4鈦合金表面強化層裂紋數量較具體實施方式
一相比大幅降低，如圖4所示。表面硬度測試其值為1200HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高900HV，漲幅為300%。
權利要求
1.ー種TC4鈦合金表面質量優良的電火花表面強化制備エ藝,其特征在于,包括以下步驟 (1)去離子水中混入固體粉末材料在去離子水中加入固體粉末材料碳粉，粒度為2.6 u m,濃度為5ml/l,利用攪拌器將其攪拌均勻。
(2)霧狀介質的產生采用專用介質發生器將混入固體粉末材料碳粉的工作液體和氣體混合均勻，得到混粉準干式介質，作為電火花表面強化的工作介質。
(3)表面強化過程氣液固三相準干式介質經專用噴嘴輸入工具電極和エ件之間的間隙，固體粉末強化材料粘附在エ件表面，電極放電產生的高溫使基體材料、電極材料、固體粉末材料熔融并發生原位自生反應生成強化相。
采用本發明方法處理后的TC4鈦合金獲得了具有一定表面質量的強化層，顯微硬度為693HV 1200HV，較原始TC4鈦合金相比提高了 131% 300%。
2.根據權利要求I所述的ー種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特征在于混粉準干式電火花表面強化試驗參數為脈沖電流し=2. 9A。
3.根據權利要求I所述的ー種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特征在于混粉準干式電火花表面強化試驗參數為脈沖電流し=8. 2A。
4.根據權利要求I所述的ー種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特征在于混粉準干式電火花表面強化試驗參數為脈沖電流し=14A。
5.根據權利要求I所述的ー種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝,其特征在于混粉準干式電火花表面強化試驗參數為脈沖電流し=20. SA0
全文摘要
TC4鈦合金表面質量優良的電火花表面強化制備工藝，它涉及一種利用電火花表面強化技術獲得優良表面質量的TC4鈦合金的工藝方法，即改變電火花表面強化過程中的實驗參數，進而獲得具有優良表面質量的強化層。它解決了現有技術中電火花表面強化TC4鈦合金后強化層表面裂紋較嚴重的問題。本發明涉及改善電火花表面強化后強化層質量的方法按一下步驟實施采用混粉準干式電火花表面強化方法對TC4鈦合金表面進行強化，工作介質中混入的固體粉末材料分別為碳粉，粒度為2.6μm，濃度為5ml/l。混粉準干式電火花實驗參數分別為脈沖電流ie＝2.9A、8.2A、14A、20.8A，脈沖間隔toff＝150μs，脈沖寬度ton＝150μs，電源極間放電電壓為120V，加工深度h＝0.1mm，工具電極為石墨。強化時，工件接電源正極，工具電極接電源負極。本發明具有增強層與基體結合較好、強化層表面質量優良等優點。
文檔編號C23C24/10GK102644075SQ20121015215
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者李敏, 李洋, 蔡蘭蓉 申請人:天津職業技術師范大學