專利名稱：一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦表面硬化的設(shè)備 及方法，特別是涉及一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
鈦是活性金屬，與其它金屬相比，鈦的密度小，強度高，耐蝕性好， 但由于其導(dǎo)熱系數(shù)低，耐磨性差，摩擦?xí)r易產(chǎn)生燒接。為此，人們積極研 究鈦表面的硬化技術(shù)，以提高其耐磨性。鈦的表面硬化技術(shù)通常有濕法電
鍍，滲碳，放電加工，PVD， CVD,氣體氮化，堆焊等。在這些方法中， 以滲碳工藝提高耐磨性能最為顯著，但現(xiàn)有的滲碳工藝主要是等離子滲碳 和真空滲碳，碳原子是通過甲烷、乙炔等含有氫的氣體產(chǎn)生的，它們在生 成碳離子的同時也有氫離子生成。人們知道，在室溫下，氫在鈦中的固溶 極限只有20PPm,但在80r以上的溫度，氫在鈦中的擴散系數(shù)很大，固 溶度劇增。氫嚴(yán)重危害鈦的性能，直接表現(xiàn)為鈦的塑性、韌性及抗拉強度 大幅度下降。在工業(yè)中已經(jīng)發(fā)生了多起鈦吸氫的重大事故，損失巨大。在 鈦表面無氫滲碳技術(shù)中，雖然實現(xiàn)了鈦表面的無氫滲碳，但由于碳與鈦反 應(yīng)生成致密的TiC,阻擋了碳原子的進一步滲入，因此，滲碳層淺。所以， 從目前的研究結(jié)果來看，主要存在以下的問題1、在鈦合金表面滲入氣 體元素的工藝中均存在能使鈦合金發(fā)生氫脆的"H"元素，嚴(yán)重影響著鈦 合金基體的性能；2、在現(xiàn)有的無氫滲碳技術(shù)中，由于C能在鈦材表面形 成一層致密的TiC層，阻擋著后續(xù)C的滲入，因此，滲層很淺，耐磨性能 提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可提高鈦表面耐磨性 能，實現(xiàn)了鈦表面無氣硬化的鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備及方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種鈦及鈦合金表面 氧碳共滲的設(shè)備，其特征在于包括真空室，所述真空室上方設(shè)有進氣口和 壓力表，其下方設(shè)有泵組，發(fā)熱體位于真空室內(nèi)。
一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的方法，其特征在于該方法為將鈦件 和多孔純石墨預(yù)置于真空室中，真空室由泵組實施排氣，形成真空氣氛； 用置于真空室中的發(fā)熱體使鈦件加熱到700 1100"C,通過進氣口通入純二 氧化碳?xì)怏w，純二氧化碳?xì)怏w與多孔純石墨反應(yīng)，生成的CO再與鈦件反 應(yīng)，鈦件表面形成厚度為30 1000nm的氧碳化層。
所述純二氧化碳?xì)怏w壓力為0.1Pa 1000Pa;所述氧碳化層為鈦的碳化 物和氧化物。
本發(fā)明的理論依據(jù)為
在真空高溫條件下發(fā)生下列的反應(yīng)，
co2+c- CO (1)
Ti+CO-- TiC+TiOx ( 2 )
即通入的高純C02氣體與預(yù)置于真空室中的碳在710匸以上就可反 應(yīng)，生成CO， CO與高溫的Ti反應(yīng)生成TiC和鈦的氧化物。
本發(fā)明基于在真空和高溫的條件下式(1)和式(2)的反應(yīng)，實現(xiàn)在 鈥表面層的滲碳氧，在此基礎(chǔ)上，溫度的影響，使C和O原子不斷向鈦 基體的內(nèi)部擴散，形成了更深層的硬化。在整個工藝過程中，不存在元素 H，實現(xiàn)了無氫硬化處理的目的。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明實現(xiàn)了在鈦合金表面形 成30-1000 ium的硬化層，硬化層的成分為鈦的碳化物和氧化物，硬度達(dá) 到700 HV1100，在工藝過程中不存在能使鈦發(fā)生氫脆的H元素，實現(xiàn)了 鈦表面無氫硬化。


圖1為本發(fā)明鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備，包括真空 室3，所述真空室3上方設(shè)有進氣口 5和壓力表4，其下方設(shè)有泵組6，發(fā)
熱體2位于真空室3內(nèi)。
如圖1所示，本發(fā)明一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的方法，該方法為 將鈦件1和多孔純石墨7預(yù)置于真空室3中，真空室3由泵組6實施排氣， 形成真空氣氛;用置于真空室3中的發(fā)熱體2使鈦件1加熱到700 1100'C, 通過進氣口 5通入壓力為0.1Pa 1000Pa的純二氧化碳?xì)怏w，純二氧化碳 氣體與多孔純石墨7反應(yīng)，生成的CO再與鈦件l反應(yīng)，鈦件l表面形成 厚度為30 1000nm的氧碳化層，氧碳化層為鈦的碳化物和氧化物。
實施例1
把用工業(yè)鈦材TA1制成的試樣置入真空室3中，真空達(dá)到5x10-3Pa 后，使鈦材加熱到IOOOX:，通入0.1Pa高純CO2氣體，氣體分壓經(jīng)過200 小時反應(yīng)擴散處理，在鈦材表面生成厚度為1000nm的氧碳化層，表面硬 度達(dá)到HV1100。
實施例2
把用Ti6A14V鈦合金制成的試樣置入真空室3中，真空達(dá)到5x10-3Pa 后，使鈦材加熱到700*€，通入1000Pa高純CO2氣體，經(jīng)過0.5小時反應(yīng) 擴散處理，在鈦材表面生成厚度為30 nm的氧碳化層，表面硬度達(dá)到 HV700。
權(quán)利要求
1、一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備，其特征在于包括真空室(3)，所述真空室(3)上方設(shè)有進氣口(5)和壓力表(4)，其下方設(shè)有泵組(6)，發(fā)熱體(2)位于真空室(3)內(nèi)。
2、 利用如權(quán)利要求1所述設(shè)備進行一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的 方法，其特征在于該方法為將鈦件(1)和多孔純石墨(7)預(yù)置于真空 室(3)中，真空室(3)由泵組(6)實施排氣，形成真空氣氛；用置于 真空室(3)中的發(fā)熱體(2)使鈦件(1)加熱到700 1100X:，通過進氣 口 (5)通入純二氧化碳?xì)怏w，純二氧化碳?xì)怏w與多孔純石墨(7)反應(yīng)， 生成的CO再與鈦件(1)反應(yīng)，鈦件(1)表面形成厚度為30~1000|Lim 的氧碳化層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的方法，其 特征在于所述純二氧化碳?xì)怏w壓力為0.1Pa 1000Pa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的方法，其 特征在于所述氧碳化層為鈦的碳化物和氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦及鈦合金表面氧碳共滲的設(shè)備及方法，通過在真空狀態(tài)下，使鈦及鈦合金的溫度達(dá)到700～1100℃，通入壓力為0.1Pa～1000Pa的高純CO₂氣體，經(jīng)過0.5小時～200小時的處理，實現(xiàn)了在鈦合金表面形成30～1000μm的硬化層，硬化層的成分為鈦的碳化物和氧化物，硬度達(dá)到700～HV1100。在工藝過程中不存在能使鈦發(fā)生氫脆的H元素，實現(xiàn)了鈦表面無氫硬化。
文檔編號C23C8/28GK101177774SQ200710188530
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者姬壽長, 李爭顯, 杜繼紅, 王少鵬, 胡湘銀, 陳玉斌, 馬秀芬, 黃春良 申請人:西北有色金屬研究院