本發(fā)明旨在提出一種高效控制tial合金表面形貌的新技術(shù)，屬于材料加工領(lǐng)域。改性后的合金表面形成一層均勻孔道的多孔層，極大地增大了材料表面的粗糙度，有利于廣泛應(yīng)用于金屬材料前處理加工工藝。

背景技術(shù)：

1939年，鎳基合金nimonic-75和nimonic-80相繼研制成功，推動了渦輪噴氣發(fā)動機在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。隨后幾十年中，通過不斷改進(jìn)和發(fā)展鎳基超合金和鈦合金，以及應(yīng)用先進(jìn)的制備工藝，航空發(fā)動機性能得到了不斷的改善。然而，隨著推重比和渦輪前端溫度不斷的提高，壓氣機和渦輪級數(shù)逐漸減少，單負(fù)荷不斷增大零件的工作狀況越趨惡劣葉片等關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)也越趨復(fù)雜，從而使得傳統(tǒng)的兩種主要高溫結(jié)構(gòu)材料鎳基合金和鈦合金已逐漸不能滿足現(xiàn)代飛行器高速、超高速飛行的技術(shù)要求。因此，必須研究和發(fā)展更先進(jìn)、可靠的材料和工藝才能滿足未來發(fā)動機設(shè)計要求。而γ-tial合金密度低，比強度及模量高具有優(yōu)良的抗蠕變、氧化能力。tial合金的這些特征使其在航空天用材料中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景，被當(dāng)作先進(jìn)軍用飛機動高壓氣及低渦輪葉片的首選材料。nasa報告中也指出，到2020年tial合金及其復(fù)材料的用量在航空天發(fā)動機中將占有20％左右的份額。隨著我國航空天事業(yè)發(fā)展，高推重比動機的關(guān)鍵技術(shù)成為我國航空研制核心任務(wù)。高推重比動機的關(guān)鍵技術(shù)成為我國航空研制核心任務(wù)。為了更好的滿足我國航空天事業(yè)，對tial合金新的要求，如環(huán)保、耐用、可靠，因而tial合金的表面清洗與改性工作顯得尤為重要。而液相等離子體清洗表面改性技術(shù)不但可以去除金屬表面的潤滑劑、銹蝕、氧化物等污染物，而且可以有效的去除金屬表面的軋制氧化皮；并且在一定程度上可以對金屬材料或者合金表面起到一定的改性作用。在眾多的清洗技術(shù)中，液體等離子體以其環(huán)保、低能耗、處理徹底以及可以顯著增大材料表面的粗糙度等諸多優(yōu)點，有望廣泛應(yīng)用于工業(yè)中金屬材料的前加工過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對有金屬表面前處理，液相等離子體處理可以明顯增大tial合金表面粗糙度，有利于金屬材料進(jìn)一步加工與后續(xù)的表面鍍層工作。

本發(fā)明的原理是tial合金表面均勻的氣膜覆蓋和閥擊穿電壓是是液相等離子體形成的兩個很重要的條件，而焦耳熱引起的溶液揮發(fā)和溶劑電解導(dǎo)致的流體動力不穩(wěn)定性使得在試樣表面形成液相等離子體，其不但可以清除試樣表面雜質(zhì)，而且可以在試樣表面形成均勻的納米小孔，起到表面改性的作用。

本發(fā)明采用白光干涉法、sem、xrd、力學(xué)性能測試等表征手段對處理前后樣品進(jìn)行表面宏觀形貌、顯微組織、成分和物相、表面粗糙度的觀察測定與分析，研究處理前后材料表面形貌、組織和性能的變化。

本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)計新穎合理，重復(fù)性好。適用本發(fā)明可以無選擇的對金屬材料進(jìn)行表面清洗與改性，應(yīng)用前景非常廣泛。

附圖說明

圖1是本發(fā)明不同電壓下，液相等離子體處理不同時間的ti45al8nb合金表面掃描電鏡照片：(a)120v，20s；(b)120v，40s；(c)120v，60s；(d)120v，180s；(e)110v，180s；(f)130v，180s.

圖2是本發(fā)明不同電壓條件下液相等離子體處理ti45al8nb不同時間所得表面粗糙度.

圖3是本發(fā)明液相等離子體處理ti45al8nb合金不同時間段所得xrd圖譜：0s，20s，40s，60s，120s.

圖4是本發(fā)明圖120v電壓下液相等離子體處理ti45al8nb不同時間段的3d形貌圖：(a)液相等離子體處理前，(b)處理20s，(c)處理40s，(d)處理60s，(e)處理180s，(f)處理300s.

圖5是本發(fā)明液相等離子體處理ti45al8nb截面從中心到表面的硬度變化曲線.

圖6是本發(fā)明所使用自制設(shè)備簡圖

具體實施方案

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明

實施例1

1、試樣制備過程

為模仿得到高nb-tial合金的軋制氧化皮，將經(jīng)過熱處理的ti45al8nb合金試樣在1200℃高溫爐中氧化30分鐘，拿出空冷。試樣表面即可得到一層白色，部分脫落的氧化皮。待清洗試樣切割成10mm×15mm×2mm大小。

表1ti45al8nb合金原料配比質(zhì)量

計算得各物質(zhì)的質(zhì)量后，用電子天平分別稱量出各原料的用量。采用磁懸浮熔煉爐，在ar氣保護下進(jìn)行ti45al8nb合金的熔煉，為了提高鑄錠成分的均勻性，減少偏析，每個鑄錠熔煉兩次。ti45al8nb合金的鑄錠組織分別為近片層組織。

2、試樣經(jīng)液相等離子體清洗過程

本實驗采用揚州雙鴻電子有限公司制造的wwl-ps型直流穩(wěn)壓穩(wěn)流開關(guān)電源，對試樣施加一定的等離子體預(yù)設(shè)電壓。電源系統(tǒng)與電腦連接具有自動化控制程序，可以對電流和電壓參數(shù)進(jìn)行實時記錄。實驗電源及電極裝置連接如圖6所示。電解槽為20cm×20cm×20cm的石英玻璃容器，電源陽極與兩塊平行放置的石墨板相連，待處理工件作為陰極。電解液成分與濃度根據(jù)實驗要求配制，并采用k型熱電偶與溫度儀表連接作為測溫裝置，對電解液溫度進(jìn)行實時監(jiān)控。

電解等離子體處理試樣實驗過程：

(1)首先實驗前期準(zhǔn)備工作，從鑄錠上用電火花切割出φ6×50mm的圓棒試樣，將試樣一端用電鉆夾持固定，先后用150，400號的sic砂紙打磨掉表面的氧化皮，再反向打磨至試樣表面光滑。用水沖洗掉表面的金屬粉末，然后吹風(fēng)機烘干。

(2)實驗階段，將配置好的電解液倒入反應(yīng)槽內(nèi)，試樣夾在陰極連接裝置上，浸入電解液，打開電源和測溫裝置。按預(yù)定程序逐步加載電壓和電流，直到產(chǎn)生電解等離子體放電。電壓達(dá)到預(yù)定值時開始計時，達(dá)到預(yù)定時間即快速關(guān)閉電源，取出試樣。

(3)試樣后期處理，將試樣浸沒到裝有酒精的燒杯中，進(jìn)行超聲波清洗，然后用吹風(fēng)機吹干，裝入試樣袋，并標(biāo)號記下實驗條件。

3、試樣表征

om觀察：將煉好的鑄錠分別在上中下和邊緣用電火花切割出10×10×10的立方小塊。任取一個側(cè)面先用sic砂紙由60號打磨到2000號，然后拋光得到新鮮無劃痕的表面。用成分為15％hno3+5％hf+80％蒸餾水的侵蝕劑侵蝕表面，在光學(xué)顯微鏡下觀察tial試樣的金相組織形態(tài)。

sem分析：利用德國zeisssupra55-fesem型場發(fā)射掃描電鏡對電解等離子體處理后的試樣表面作微區(qū)組織形貌觀察和成分分析。試樣表面的微孔形貌特征在二次電子模式下直接觀察。鍍層和氧化膜的截面觀測需要鑲嵌，露出需要觀察的一面，然后經(jīng)過砂磨和拋光制備出截面試樣，觀測截面鍍層和氧化膜的形貌和厚度。在形貌觀察的同時，對試樣特殊區(qū)域的點、線、面完成eds成分掃描分析。

對于拍攝的顯微形貌圖片，通過photoshop軟件對圖像黑白對比度進(jìn)行調(diào)整，再利用image-proplus對微孔的平均孔徑和孔隙率進(jìn)行統(tǒng)計計算。

三維表面形貌觀測：采用清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點實驗室的三維白光干涉表面形貌儀對電解等離子體處理后的試樣表面微觀形貌進(jìn)行三維立體成像觀察。使用光學(xué)干涉法進(jìn)行定量測量，以及系統(tǒng)提供的繪圖和分析軟件，可獲得優(yōu)化表面三維紋理圖像，并對顯微線性高度進(jìn)行測定，得到表面的平均粗糙度值(ra)。