鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，包括空心罩體，空心罩體內(nèi)設(shè)有兩列陣列式針狀陰極，空心罩體放于底板上，底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上；空心罩體、底板及陰極架共同置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體內(nèi)，直流脈沖電源的負極與陰極架連接，直流脈沖電源的正極與腔體連接并接地；空心罩體的一側(cè)開有圓孔，腔體的側(cè)壁對應(yīng)圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀；腔體的下壁設(shè)有進氣口和出氣口?？梢栽诘陀阝伜辖鹣嘧儨囟鹊臈l件下，對鈦合金進行表面合金化的等電位針狀陰極輝光放電，在提高鈦合金表面物理、化學(xué)性能的同時，保證基體材料獲得良好的綜合力學(xué)性能。
【專利說明】鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種對鈦合金表面改性的裝置，尤其涉及一種鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金以其密度小、比強度高、耐蝕性及生物相容性好等優(yōu)點而成為重要的結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、化工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。然而鈦合金硬度低、耐磨性差、在還原性酸溶液中易腐蝕等，且在一些重要的領(lǐng)域其服役環(huán)境越來越復(fù)雜，不僅有摩擦、磨損，還可能伴隨著高溫、腐蝕、沖刷等。這就要求不僅要考慮某一方面性能的提高，還應(yīng)考慮鈦合金整體綜合性能的提高。目前，鈦合金表面合金化是鈦合金表面處理技術(shù)的新發(fā)展，但也存在工藝參數(shù)復(fù)雜，處理溫度高，工件整體機械性能受影響且易變形等不足。
[0003]多數(shù)鈦合金表面合金化的研究雖已有報道，但是處理溫度都在800~1100°C范圍內(nèi)，處理溫度超過了鈦合金的相變溫度，基體組織發(fā)生明顯改變，對鈦合金整體的力學(xué)性能影響較大，且工件 尺寸穩(wěn)定性下降；且在現(xiàn)有的輝光放電滲金屬技術(shù)中，源極的形狀和尺寸對滲金屬的效果影響較大。已有的源極有設(shè)計成平板狀的，板狀工件置于板狀源極之間，這對于鎢、鑰和碳等濺射系數(shù)非常小的材料，很難在工件上形成較厚的滲層，這顯然不能滿足鈦合金的實際應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生
>J-U ρ?α裝直。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，包括空心罩體，所述空心罩體內(nèi)設(shè)有兩列陣列式針狀陰極，所述空心罩體放于底板上，所述底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上；
[0007]所述空心罩體、底板及陰極架共同置于所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體內(nèi)，直流脈沖電源的負極與所述陰極架連接，所述直流脈沖電源的正極與所述腔體連接并接地；
[0008]所述空心罩體的一側(cè)開有圓孔，所述腔體的側(cè)壁對應(yīng)所述圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對所述透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀；
[0009]所述腔體的下壁設(shè)有進氣口和出氣口。
[0010]由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，由于包括空心罩體，空心罩體內(nèi)設(shè)有兩列陣列式針狀陰極，空心罩體放于底板上，底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上；空心罩體、底板及陰極架共同置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體內(nèi)，直流脈沖電源的負極與陰極架連接，直流脈沖電源的正極與腔體連接并接地；空心罩體的一側(cè)開有圓孔，腔體的側(cè)壁對應(yīng)圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀；腔體的下壁設(shè)有進氣口和出氣口。可以在低于鈦合金相變溫度的條件下，對鈦合金進行表面合金化的等電位針狀陰極輝光放電，在提高鈦合金表面物理、化學(xué)性能的同時，保證基體材料獲得良好的綜合力學(xué)性倉泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型實施例提供的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實用新型實施例制備的W-Mo-C合金共滲層的電鏡圖。
[0013]圖中:
[0014]1、直流脈沖電源，2、腔體，3、陣列式針狀陰極，4、待滲工件，5、空心罩體，6、紅外測溫儀。
【具體實施方式】
[0015]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0016]本實用新型的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0017]包括空心罩體，所述空心罩體內(nèi)設(shè)有兩列陣列式針狀陰極，所述空心罩體放于底板上，所述底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上；
[0018]所述空心罩體、底板及陰極架共同置于所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體內(nèi)，直流脈沖電源的負極與所述陰極架連接，所述直流脈沖電源的正極與所述腔體連接并接地；
[0019]所述空心罩體的一側(cè)開有圓孔，所述腔體的側(cè)壁對應(yīng)所述圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對所述透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀；
[0020]所述腔體的下壁設(shè)有進氣口和出氣口。
[0021]所述空心罩體內(nèi)設(shè)有一橫梁，所述陣列式針狀陰極懸掛在所述橫梁上。
[0022]所述空心罩體及其底板的材料為碳鋼，所述腔體的材料為不銹鋼，所述的陣列式針狀陰極的材料為鎢或鑰或鎢鑰合金或石墨。
[0023]所述的針狀陰極的直徑為Φ5?ΦΙΟι?πι，相鄰的針狀陰極之間的距離為5?15mm。
[0024]所述進氣和出氣口分別連接供氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)；
[0025]所述兩列陣列式針狀陰極之間放置待滲工件，所述待滲工件與所述針狀陰極之間的間距為5?15_。
[0026]本實用新型的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，在低于鈦合金相變溫度的條件下，對鈦合金進行表面合金化的等電位針狀陰極輝光放電，在提高鈦合金表面物理、化學(xué)性能的同時，保證基體材料獲得良好的綜合力學(xué)性能。
[0027]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0028]如圖2所示，采用陣列式鎢、鑰和石墨的針狀源極，在低于鈦合金相變溫度即450?600°C的條件下,對鈦合金進行低溫表面合金化,形成了均勻、致密、具有一定厚度的W-Mo-C合金擴散層，滲層厚度從450°C的8.28μπι逐漸增加到600°C時的25.Ιμπι。滲層與基體結(jié)合狀態(tài)良好，合金滲層臨界載荷Lc達到67.9Ν，沒有發(fā)生脫落現(xiàn)象。滲層的平均硬度和彈性模量分別為10.3GPa和590.0GPa,比基體材料分別提高了 3倍和4倍，抗拉強度提高到1103.5MPa，延伸率達到12.7%，有效地避免了高溫相變導(dǎo)致的基材機械性能下降和工件變形。表面摩擦系數(shù)減小到0.35，年靜態(tài)腐蝕為基體的1/7?1/5，沖蝕腐蝕是基體的1/37?1/19。由于溫度低于相變溫度，試樣處理前后基體顯微組織沒有發(fā)生變化，保持網(wǎng)籃組織特征。在提高鈦合金表面物理、化學(xué)性能的同時，保證基體材料獲得良好的綜合力學(xué)性能。用多個相同或不同材料或是合金制成的針狀電極，與大曲率半徑的工件構(gòu)成等電位空心陰極，控制放電參數(shù)，就可以實現(xiàn)在曲率半徑大的材料上滲透一種或多種元素，即一元或多元素共滲，且通過控制針狀陰極的曲率半徑，還可以控制滲透材料的元素比例。
[0029]具體實施例:
[0030]如圖1所示，包括空心罩體5，空心罩體5內(nèi)左右兩側(cè)設(shè)置有欲滲元素的陣列式針狀陰極3，并將其懸掛于空心罩體5內(nèi)，在左右兩側(cè)的陣列式針狀陰極3之間放置待滲工件4，空心罩體5、陣列式針狀陰極3和待滲工件4構(gòu)成等電位輝光放電陰極，并將其置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體2中，由紅外測溫儀6對待滲工件4進行測溫。
[0031]所述的陣列式針狀陰極3材料是鎢，或是鑰，或是鎢鑰合金，或是石墨。
[0032]所述的陣列式針狀陰極3直徑為Φ5?ΦΙΟπιπι，且陣列式針狀陰極3之間的距離為5?15mm。
[0033]上述裝置在鈦合金表面等電位針狀陰極輝光放電制備W-Mo-C共滲層的方法如下:將板狀Ti6A14V鈦合金工件4和陣列式鎢、鑰和石墨針狀陰極3置于空心罩體5內(nèi)，所述待滲工件4和針狀陰極3的間距為5?15_，陣列式鎢、鑰和石墨針狀陰極3中各陰極針之間的距離為5?15mm。放電前采用機械泵將腔體2中氣壓抽至IPa以下。進氣口一端與質(zhì)量流量控制器連接，通過質(zhì)量流量控制器分別控制氬氣流量和氣體氣壓，氣體流量為50?lOOsccm，放電氣壓為30?50Pa ;采用直流脈沖電源1，脈沖電流占空比30%?60%，電壓控制在450?700V，電流1.0?2.0A,放電時間為3?5h，通過紅外測溫儀6對Ti6A14V鈦合金待滲工件4進行測溫，溫度控制在450?600°C，在Ti6A14V鈦合金待滲工件4表面形成厚度為8.0?25.0 μ m的均勻、致密的W-Mo-C合金共滲層。
[0034]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其特征在于，包括空心罩體，所述空心罩體內(nèi)設(shè)有兩列陣列式針狀陰極，所述空心罩體放于底板上，所述底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上； 所述空心罩體、底板及陰極架共同置于所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體內(nèi)，直流脈沖電源的負極與所述陰極架連接，所述直流脈沖電源的正極與所述腔體連接并接地； 所述空心罩體的一側(cè)開有圓孔，所述腔體的側(cè)壁對應(yīng)所述圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對所述透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀； 所述腔體的下壁設(shè)有進氣口和出氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其特征在于，所述空心罩體內(nèi)設(shè)有一橫梁，所述陣列式針狀陰極懸掛在所述橫梁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其特征在于，所述空心罩體及其底板的材料為碳鋼，所述腔體的材料為不銹鋼，所述的陣列式針狀陰極的材料為鎢或鑰或鎢鑰合金或石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其特征在于，所述的針狀陰極的直徑為Φ5?Φ 10mm，相鄰的針狀陰極之間的距離為5?15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的鈦合金表面改性的等電位針狀陰極輝光放電發(fā)生裝置，其特征在于，所述進氣和出氣口分別連接供氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)； 所述兩列陣列式針狀陰極之間放置待滲工件，所述待滲工件與所述針狀陰極之間的間距為5?15mm0
【文檔編號】C23C10/00GK203613259SQ201320782566
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】陳飛, 趙云, 周海 申請人:北京石油化工學(xué)院