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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(lǐng)域。
氣體滲氮廣泛應(yīng)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(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用滲氮來提高強度、抗磨損和抗腐蝕性能，已在技術(shù)上獲得廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)《Surface and Coatings Technology》78(1996)211-218，由作者C.L.Chu發(fā)表一文“Ion nitriding of titaniumaluminides with 25-53 at.％AL INitriding parameters and microstructurecharacterization”，該技術(shù)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(shù)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(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的技術(shù)方案和實施情況如下本發(fā)明的工藝方法主要包括滲氮前的預(yù)處理工藝和滲氮工藝，具體為(一)滲氮前的預(yù)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(yīng)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(qū)趕爐中的空氣，加入NH4Cl，主要是利用它在滲氮爐中分解產(chǎn)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(nèi)，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?shù)竭_預(yù)定溫度后將氨氣流量調(diào)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(guān)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(yù)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(yīng)力退火5h，2滲氮工藝，工藝參數(shù)如下表1所示
表1實施例三滲氮工藝參數(shù)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(yù)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(yīng)力退火5h。
2滲氮，工藝參數(shù)如下表2所示表2實施例三滲氮工藝參數(shù)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(yù)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(yīng)力退火5h。
2滲氮工藝，工藝參數(shù)如下表3所示表3實施例三滲氮工藝參數(shù)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(fā)明具有實質(zhì)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(fù)合層可以大幅度提高TiAl基合金表面硬度，使?jié)B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(quán)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(yù)處理工藝和滲氮工藝，具體為(一)滲氮前的預(yù)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(yīng)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(nèi)，②打開電源升溫，當?shù)竭_預(yù)定溫度后將氨氣流量調(diào)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(guān)掉氨氣，試樣隨爐冷卻，并通入氬氣。
2.根據(jù)權(quán)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(yù)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(yīng)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(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者吳建生, 孫堅, 趙斌 申請人:上海交通大學