本發(fā)明涉及一種鈦合金刀具的表面改性方法，使鈦合金材料制作成刀具后，有效的提高其刃口鋒利程度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有切削刀具大多采用鋼制材料，即便是最好的不銹鋼刀具，使用過程中仍有金屬離子釋放到食物中。以ZrO2為代表的陶瓷材料彈性模量高，由其制作的刀具刃口非常鋒利，但刀具整體脆且不耐沖擊。
鈦合金材料雖然比強(qiáng)度高，但是彈性模量低，由其制作的刀具刃口不鋒利，因此，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為鈦合金材料不適宜制作切削刀具。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金刀具的表面改性方法，由鈦合金材料制作的刀具刃磨后進(jìn)行表面改性，以大幅提高刀具刃口鋒利程度。為了保證刀具的韌性，鈦合金刀具氮化后刃口的有效硬化層深度需控制在0.15mm以內(nèi)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
1、將鈦合金材料加工成刀具，磨出刃口，置于鈦合金氮化爐內(nèi)，抽真空至30Pa以下后，開始升溫，所述的鈦合金材料為現(xiàn)有純鈦和TA(α相)、TB(β相)、TC(α+β雙相)三大類鈦合金材料以及TiAl、Ti3Al、Ti2AlNb三種鈦基金屬間化合物；
2、為保證氮化后刀具刃口變形問題，氮化爐的升溫速率在0.5～2℃/min，升溫至350～500℃時(shí)保溫1～4h；
3、保溫結(jié)束后，通入氮源氣體，所述的氮源氣體包括氨氣、氮?dú)狻⒌獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庵械囊环N，氮源氣體裂解產(chǎn)生的活性氮原子向零件內(nèi)部擴(kuò)散、滲入；
氮源氣體的混合比見下表所示：
4、繼續(xù)以0.5～2℃/min的升溫速率升溫至700～950℃范圍內(nèi)進(jìn)行保溫、氮化，氮化時(shí)間為4～8h小時(shí)，氮化工藝參數(shù)見下表所示：
保溫結(jié)束后，以30～100℃/h的冷卻速度，爐冷至350～500℃；
5、關(guān)閉電源，隨爐冷至150℃以下打開爐門，取出爐零件；
6、最終檢驗(yàn)。
TiN陶瓷材料中存在強(qiáng)共價(jià)鍵，彈性模量高，顯微硬度可達(dá)HV2000以上，顯著高于鈦合金，甚至高于Ti-Al系(TiAl和Ti3Al)金屬間化合物。鈦合金材料通過氮化處理表面改性后，基體保持良好的強(qiáng)韌性，表面部位原位生成的高模量TiN陶瓷膜層，與基體的界面結(jié)合力高，這種鈦合金表面改性技術(shù)可以應(yīng)用于鈦合金切削刀具領(lǐng)域之中。
本發(fā)明在高溫下進(jìn)行氮化，并通過氮源氣體輸入、升溫、保溫、降溫等工藝，在鈦合金刀具表面生成一層TiN膜層；生成的TiN膜層具有高模量、高硬度，刃口鋒利，同時(shí)，TiN陶瓷膜層耐蝕性良好，耐酸、耐堿性能大幅提高。鈦合金刀具氮化后，心部具有良好的韌性，刃口鋒利，整體性能優(yōu)于陶瓷刀具?？蓮V泛應(yīng)用于：普通刀具和剪刀、.醫(yī)用刀具等醫(yī)療器械以及.軍、警用刺刀、匕首等。
具體實(shí)施方式
一種鈦合金刀具的表面改性方法包括以下步驟：
1、將鈦合金材料加工成刀具，磨出刃口，置于鈦合金氮化爐內(nèi)，抽真空至30Pa以下后，開始升溫，所述的鈦合金材料為現(xiàn)有純鈦和TA(α相)、TB(β相)、TC(α+β雙相)三大類鈦合金材料以及TiAl、Ti3Al、Ti2AlNb三種鈦基金屬間化合物；
2、為保證氮化后刀具刃口變形問題，氮化爐的升溫速率在0.5～2℃/min，升溫至350～500℃時(shí)保溫1～4h；
3、保溫結(jié)束后，通入氮源氣體，所述的氮源氣體包括氨氣、氮?dú)?、氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚饣虻獨(dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庵械囊环N，氮源氣體裂解產(chǎn)生的活性氮原子向零件內(nèi)部擴(kuò)散、滲入；
氮源氣體的混合比見下表所示：
4、繼續(xù)以0.5～2℃/min的升溫速率升溫至700～950℃范圍內(nèi)進(jìn)行保溫、氮化，氮化時(shí)間為4～8h小時(shí)，氮化工藝參數(shù)見下表所示：
保溫結(jié)束后，以30～100℃/h的冷卻速度，爐冷至350～500℃；
5、關(guān)閉電源，隨爐冷至150℃以下打開爐門，取出爐零件；
6、最終檢驗(yàn)。
實(shí)施例
TA7材料，要求其加工后的剪刀進(jìn)行表面改性，改性后的剪刀表面顯微硬度達(dá)到HV900以上，有效硬化層厚度在0.07mm以上。其具體的實(shí)施步驟如下：
1.將鈦合金材料加工成剪刀，磨出刃口，置于鈦合金氮化爐的陰極上，抽真空至10Pa后，進(jìn)行升溫；
2.由室溫開始加熱，離子氮化爐以1℃/min的速率進(jìn)行升溫，升溫至400℃，并保溫2小時(shí)；
3.保溫結(jié)束后，向離子氮化爐內(nèi)通入氨氣；
4.繼續(xù)以1℃/min的升溫速率升溫至830℃，在830℃溫度下保溫6小時(shí)，氮化工藝參數(shù)見下表所示：
保溫結(jié)束后，以70℃/h的冷卻速度，爐冷至400℃；
5、關(guān)閉電源，隨爐冷至120℃以下打開爐門，取出爐零件；
6、最終檢驗(yàn)。
檢驗(yàn)結(jié)果：氮化后，鈦合金剪刀刃口處生成一層致密的TiN膜層，隨爐同批次材質(zhì)的平板試片在100g載荷作用下，表面顯微硬度可以達(dá)到HV950，有效硬化層厚度在0.08mm，結(jié)論：符合要求。