Ti6Al4V合金及純鈦雙輝等離子滲Nb工藝及改性層性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)異特性，是廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、電子、化工、民用品等領(lǐng)域的先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。然而，它們的弱點(diǎn)也很突出，如耐磨性差，高溫抗氧化性不足，某些條件下會(huì)燃燒形成“鈦火”等。表面改性處理是解決這些問題的可行途徑，因此鈦合金表面改性近年來成為材料科學(xué)熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。目前已有眾多的表面改性技術(shù)在鈦合金上得到應(yīng)用。其中多數(shù)為各類涂層或薄膜技術(shù)，形成的改性層普遍存在與基體結(jié)合強(qiáng)度差的問題，在實(shí)際應(yīng)用條件下，特別是疲勞載

2、荷存在時(shí)，易于剝落而失效。雙層輝光等離子表面合金化技術(shù)在鈦合金表面處理上充分顯示出其優(yōu)越性，可以形成具有梯度成分分布特征的擴(kuò)散層，并與基體冶金結(jié)合；與傳統(tǒng)的固體粉末滲金屬法相比還具有成分可控性強(qiáng)，效率高等優(yōu)點(diǎn)。 鈦合金中加入鈮可以提高耐蝕性和抗氧化性，現(xiàn)有的Ti-45Nb合金就具有良好的耐蝕性和阻燃特性。本研究旨在探索利用Nb合金化對(duì)鈦及鈦合金表面改性的新途徑。采用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在鈦及鈦合金表面進(jìn)行滲鈮處理，形成與Ti-

3、45Nb成分近似的表面合金層，以改善其耐蝕性和抗氧化性能。結(jié)合滲碳復(fù)合處理，還可提高表面硬度，改善耐磨性。系統(tǒng)研究了各工藝參數(shù)對(duì)合金層形成的影響，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)為：源極電壓600V-500V、陰極電壓400V-200V、氣壓65Pa、極間距16mm、溫度950℃～1000℃、保溫時(shí)間4h、預(yù)轟擊時(shí)間30-60min。采用X射線衍射儀和輝光放電光譜儀分析了滲層相組成及成分分布；考察了Ti-Nb合金層的高溫抗氧化性能和腐蝕性能及滲碳復(fù)

4、合處理后的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明，滲層Nb元素呈梯度分布；滲層相組成主要為Nb在α-Ti和β-Ti中形成的固溶體組成；試樣表面硬度顯著提高。氧化實(shí)驗(yàn)表明在700℃、800℃、900℃，Ti-Nb合金層較基體高溫抗氧化性能明顯提高；在Na2S04熔鹽中Ti-Nb合金層抗熱腐蝕性能優(yōu)于基體材料。酸溶液和NaCl溶液中浸泡試驗(yàn)及電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)均表明滲Nb后耐蝕性有不同程度的提高。球-盤磨損實(shí)驗(yàn)表明Ti-Nb合金層、Ti-Nb-C合金層摩擦系數(shù)降