本发明公开了一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，属于电火花放电加工技术领域，包括漏斗，特征在于：将待加工的钛合金冷却至‑100～‑80℃，用Cu基SiC复合电极在煤油中对振动的钛合金工件进行电火花加工，电火花的放电电流为3～6A，脉冲宽度为60～90us,脉冲间隔为5～7s；煤油还混匀有粒径为3～5um的Si粉。此种方法能够在钛合金表面生成含有硬质相TiSi、TiC和SiC的改性层，该层致密、均匀且平整，有效提高钛合金的耐磨性能。
1.一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，包括漏斗，其特征在于：将待加工的钛合金冷却至－100～－80℃，用Cu基SiC复合电极在煤油中对振动的钛合金工件进行电火花加工，电火花的放电电流为3～6A，脉冲宽度为60～90us,脉冲间隔为5～7s；煤油还混匀有粒径为3～5um的Si粉；
所述Cu基SiC复合电极是通过激光将Cu基SiC复合微粉烧结在振动的基板上，基板的振动功率为80W～100W，振幅为1～2um；所述Cu基SiC复合微粉的制备步骤如下：a、化学镀铜：将SiC制成粒径为3～5um的微粒，对SiC微粒表面进行化学镀铜并干燥，制得SiC镀铜微粒；
b、制备熔液：将金属纯Cu加热至1150～1180℃，制得Cu熔液；
c、微粒植入：在漏斗中设置导管，导管的下端位于漏斗底部的漏嘴处、上端连通高压氮气源，导管还连通送料管，送料管的另一端连接均匀送料器；漏斗的底部设置送气装置，送气装置的出气口朝向漏嘴处；
将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器中，同时开启高压氮气源、均匀送料器和送气装置，SiC镀铜微粒通过送料管均匀地进入导管，并在高压氮气源的风力下被吹出导管，Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的外周并一同从漏嘴漏下，被气体雾化成复合微粉；
d、筛选：步骤(c)制得的复合微粉过100～150目筛，取筛下部分。
2.根据权利要求1所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：所述煤油中Si粉的浓度是12g/L。
3.根据权利要求2所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：在电火花加工中设置磁力搅拌装置，在磁力搅拌装置的底座上放置绝缘的工作液槽，工作液槽的横截面呈圆形，磁力搅拌装置的搅拌子深入工作液槽中；
工作液槽内还设置超声振动装置的变幅杆和带动变幅杆的换能器，钛合金工件固定在变幅杆上，钛合金工件通过直径4～5mm粗的铜丝连接脉冲电源。
4.根据权利要求3所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：所述磁力搅拌装置的转速为1600～2000r/min。
5.根据权利要求4所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：所述基板在制备Cu基SiC复合电极前依次用80#、200#和500#粒度的砂纸打磨，并用乙醇清洗，吹干。
6.根据权利要求5所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：所述激光光束直径为1～2mm，激光功率为3～4KW，扫描速度为7～9mm/s，同轴送粉量为6～8g/min。
7.根据权利要求1至6任一所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：步骤a的工作温度为80℃，化学镀铜时间为3小时。
8.根据权利要求7所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：步骤a中所用化学镀溶液由14～16质量分五水硫酸铜、25～32质量分甲醛和10～12质量分氢氧化钠溶于1000质量分水中制成，SiC微粒与化学镀溶液的质量比为1:10。
9.根据权利要求8所述的利用电火花进行钛合金表面改性的方法，其特征在于：步骤c中送气装置的送气压力为1.2～1.4MPa。
一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法
技术领域
[0001] 本发明属于电火花放电加工技术领域，具体涉及一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法。
背景技术
[0002] 由于钛合金具有低的密度和高的比强度等优良特性，被广泛应用于航空航天领域，但钛合金硬度低，耐磨性差。针对上述问题，专家学者们试图通过表面改性的方法来提高其耐磨性。其中，有人提出了微弧氧化法，该方法在钛合金的表面生成氧化钛层，能够使钛合金的硬度提高50％左右，氧化钛层的表面有许多孔洞，影响其强度。
[0003] 所以，仍需要一种行之有效的能提高钛合金耐磨性的方法。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，能够提高钛合金的耐磨性能。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明一种利用电火花进行钛合金表面改性的方法，包括漏斗，其特征在于：将待加工的钛合金冷却至－100～－80℃，用Cu基SiC复合电极在煤油中对振动的钛合金工件进行电火花加工，电火花的放电电流为3～6A，脉冲宽度为60～90us,脉冲间隔为5～7s；煤油还混匀有粒径为3～5um的Si粉；
[0006] 所述Cu基SiC复合电极是通过激光将Cu基SiC复合微粉烧结在振动的基板上，基板的振动功率为80W～100W，振幅为1～2um；所述Cu基SiC复合微粉的制备步骤如下：
[0007] a、化学镀铜：将SiC制成粒径为3～5um的微粒，对SiC微粒表面进行化学镀铜并干燥，制得SiC镀铜微粒；
[0008] b、制备熔液：将金属纯Cu加热至1150～1180℃，制得Cu熔液；
[0009] c、微粒植入：在漏斗中设置导管，导管的下端位于漏斗底部的漏嘴处、上端连通高压氮气源，导管还连通送料管，送料管的另一端连接均匀送料器；漏斗的底部设置送气装置，送气装置的出气口朝向漏嘴处；
[0010] 将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器中，同时开启高压氮气源、均匀送料器和送气装置，SiC镀铜微粒通过送料管均匀地进入导管，并在高压氮气源的风力下被吹出导管，Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的外周并一同从漏嘴漏下，被气体雾化成复合微粉；
[0011] d、筛选：步骤(c)制得的复合微粉过100～150目筛，取筛下部分。
[0012] 优选的，所述煤油中Si粉的浓度是12g/L。
[0013] 优选的，在电火花加工中设置磁力搅拌装置，在磁力搅拌装置的底座上放置绝缘的工作液槽，工作液槽的横截面呈圆形，磁力搅拌装置的搅拌子深入工作液槽中；
[0014] 工作液槽内还设置超声振动装置的变幅杆和带动变幅杆的换能器，钛合金工件固定在变幅杆上，钛合金工件通过直径4～5mm粗的铜丝连接脉冲电源。
[0015] 优选的，所述磁力搅拌装置的转速为1600～2000r/min。
[0016] 优选的，所述基板在制备Cu基SiC复合电极前依次用80#、200#和500#粒度的砂纸打磨，并用乙醇清洗，吹干。
[0017] 优选的，所述激光光束直径为1～2mm，激光功率为3～4KW，扫描速度为7～9mm/s，同轴送粉量为6～8g/min。
[0018] 优选的，步骤a的工作温度为80℃，化学镀铜时间为3小时。
[0019] 优选的，步骤a中所用化学镀溶液由14～16质量分五水硫酸铜、25～32质量分甲醛和10～12质量分氢氧化钠溶于1000质量分水中制成，SiC微粒与化学镀溶液的质量比为1:10。
[0020] 优选的，步骤c中送气装置的送气压力为1.2～1.4MPa。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022] 1、本发明利用电火花脉冲放电产生的瞬时高温使得钛合金工件表面材料融化、气化，并形成熔池，熔池内的Ti与煤油中的Si粉反应生成TiSi，同时煤油在高温作用下会有一部分C被分离出来，它与熔池中的Ti反应生成TiC，工具电极被电蚀出的SiC一部分会在高温下分解出Si和C，在钛合金表面熔池内与钛结合生成硬质相TiSi和TiC，没有分解的SiC也被融入钛合金表面的熔池内，生成钛合金的耐磨层。
[0023] 2、由于钛合金工件在待加工前，先进行了冷处理，增强其导电能力，一方面有助于消电离，另一方面易于细化晶粒，形成亚稳相，提高硬度和耐磨性。
[0024] 3、由于对钛合金工件施加了振动，能够使得耐磨层更加均匀，更加致密。
[0025] 4、由于所用的Cu基SiC复合电极特定的制备工艺，使得电极中SiC分布均匀，降低了工具电极的损耗，提高钛合金工件成型的精度。
附图说明
[0026] 图1是制粉设备的结构图；
[0027] 图2是电火花加工设备的结构图；
[0028] 图3是钛合金改性后的断面SEM图。
[0029] 附图标记为：1、漏斗；2、导管；3、高压氮气源；4、均匀送料器；5、送料管；6、送气装置；7、出气口；8、漏嘴；9、工作液槽；10、搅拌子；11、铜丝；12、Cu基SiC复合电极；13、钛合金工件；14、变幅杆；15、底座；16、换能器。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0031] 实施例一
[0032] 依次按照以下步骤制得Cu基SiC复合微粉：
[0033] a、将SiC制成粒径为3um的微粒，由14质量份的五水硫酸铜、25质量份的甲醛和10质量份的氢氧化钠溶于1000质量份的水中制成化学镀溶液，SiC微粒放入化学镀溶液中进行表面化学镀铜并干燥，SiC微粒与化学镀溶液的质量比为1:10，制得SiC镀铜微粒；化学镀铜的工作温度为80℃，时间为3小时；
[0034] b、将金属纯Cu加热至1150℃，制得Cu熔液；
[0035] c、如图1所示，在漏斗1中设置导管2，导管2的下端位于漏斗1底部的漏嘴8处、上端连通高压氮气源3，导管2还连通送料管5，送料管5的另一端连接均匀送料器4；漏斗1的底部设置送气装置6，送气装置6的出气口7朝向漏嘴8处；
[0036] 将步骤b制得的Cu熔液倒入漏斗1中，步骤a制得的SiC镀铜微粒加到均匀送料器4中，同时开启高压氮气源3、均匀送料器4和送气装置6，SiC镀铜微粒通过送料管5均匀地进入导管2，并在高压氮气源3的匀速风力下被吹出导管2，Cu熔液包覆在SiC镀铜微粒的外周并一同从漏嘴8漏下，被送气装置6喷出的气体雾化成复合微粉；其中，送气装置6的送气压力为1.2MPa
[0037] d、步骤c制得的复合微粉过100目筛，取筛下部分。
[0038] 用AutoCAD软件(简称CAD)生成电极的三维实体模型，并将三维实体模型进行切片分层，切片的厚度为0.2mm，将电极的三维实体模型转换成二维轮廓信息，获得各切片分层的形状参数。利用CO2激光器在氩气保护下采用同轴送粉的方式按照切片分层的形状参数将Cu基SiC复合微粉烧结在振动的基板上，制得Cu基SiC复合电极12。基板在使用之前依次用80#、200#和500#粒度的砂纸对基板进行打磨，并用乙醇清洗，吹干。基板的震动方向与Cu基SiC复合微粉的沉积方向一致；基板用振动装置的振动功率为80W，振幅为1um；所用激光光束直径为1mm，激光功率为3KW，扫描速度为7mm/s，同轴送粉量为6g/min。
[0039] 将待加工的钛合金冷却至－100℃，用上述制得的Cu基SiC复合电极12在煤油中对振动的钛合金工件13进行电火花加工，制得表面改性的钛合金。其中，电火花加工中，放电电流为3A，脉冲宽度为60us,脉冲间隔为5s。煤油还混匀有粒径为3～5um的Si粉，Si粉的浓度是12g/L。
[0040] 为了提高改性层的平整度和致密性，如图2所示，在电火花加工中设置转速为1600r/min的磁力搅拌装置，在磁力搅拌装置的底座15上放置绝缘的工作液槽9，工作液槽9的横截面呈圆形，磁力搅拌装置的搅拌子10深入工作液槽9中；工作液槽9内还设置超声振动装置的变幅杆14和带动变幅杆14的换能器16，钛合金工件13固定在变幅杆14上，钛合金工件13通过直径4mm粗的铜丝11连接脉冲电源。换能器16将电能转换成振动的机械能并传递给变幅杆14，变幅杆14将放大的振动能传递给钛合金工件13，使其振动频率达到20KHz，振幅达到2um。
[0041] 实施例二
[0042] 本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤a中SiC微粒的粒径为4um，化学镀溶液中五水硫酸铜的质量份数为15份，甲醛的质量份数为28份，氢氧化钠的质量份数为11份；步骤b中金属纯Cu的加热温度为1165℃；步骤c中送气装置6的送气压力为1.3MPa；步骤d中复合微粉的过筛目数为125目。
[0043] 电极制备中：切片的厚度为0.3mm；超声振动功率为90W，振幅为1.5um；激光光束直径为1.5mm，激光功率为3.5KW，扫描速度为8mm/s，同轴送粉量为7g/min。
[0044] 电火花加工中：钛合金的冷却温度为－90℃，放电电流为5A，脉冲宽度为75us，脉冲间隔为6s，Si粉的粒径为4um。其余均同实施例一。
[0045] 实施例三
[0046] 本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤a中SiC微粒的粒径为5um，化学镀溶液中五水硫酸铜的质量份数为16份，甲醛的质量份数为32份，氢氧化钠的质量份数为12份；步骤b中金属纯Cu的加热温度为1180℃；步骤c中送气装置6的送气压力为1.4MPa；步骤d中复合微粉的过筛目数为150目。
[0047] 电极制备中：切片的厚度为0.4mm；超声振动功率为100W，振幅为2um；激光光束直径为2mm，激光功率为4KW，扫描速度为9mm/s，同轴送粉量为8g/min。
[0048] 电火花加工中：钛合金的冷却温度为－80℃，放电电流为6A，脉冲宽度为90us，脉冲间隔为7s；Si粉的粒径为5um。其余均同实施例一。
[0049] 对上述方法和电沉积方法制得Cu基SiC复合电极采用常规电火花工作液进行了改性对比试验，其中两电极的SiC含量相同，为15％。主要对比参数见下表：
[0050]
[0051] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以组合、变更或改型均为本发明的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
