鈦合金(Ti6A14V)固體滲硼劑、滲硼工藝及組織與性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金以其比強(qiáng)度高、耐腐蝕性優(yōu)異、彈性模量低、生物相容性好等優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用于諸多國民經(jīng)濟(jì)中的主要領(lǐng)域。但是，其硬度低、耐磨性能差等固有不足限制了其進(jìn)一步發(fā)展。因此，鈦及鈦合金的表面改性受到越來越多的關(guān)注。固體滲硼技術(shù)是一種常用的表面改性方法，具有操作簡單、所獲滲層硬度高等特點(diǎn)。本文以常規(guī)Ti6AI4V合金為對象進(jìn)行滲硼試驗(yàn)，所開展的工作和取得的創(chuàng)新型成果如下:
　　 研究了應(yīng)用于Ti6A14V合金的固體滲硼劑各組分配比

2、。初選滲劑活化劑時發(fā)現(xiàn)氟硼酸鉀不能作為鈦合金滲硼的活化劑，因?yàn)榉鹚徕浽诟邷貤l件下會分解，產(chǎn)生的活性氟離子會與鈦合金表層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使試樣嚴(yán)重腐蝕;同時發(fā)現(xiàn)氧化鑭和氧化鋯對滲硼有顯著的促進(jìn)作用，而氧化鈰和氧化鉿對滲層的增長有一定的限制作用。
　　 采用固體滲硼法對Ti6A14V合金進(jìn)行滲硼試驗(yàn)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)分別對含有氧化鑭和氧化鋯滲硼劑各組分配比及滲硼工藝進(jìn)行了優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種滲劑的最優(yōu)工藝分別為:滲硼

3、溫度1050℃，滲硼時間20h，滲硼劑配比:n4c20％(wt)，La2034％(wt)，SiC76％(wt);滲硼溫度1050℃，滲硼時間25h，滲硼劑配比:B4C20％(wt)，ZrO24％(wt)，SiC76％(wt)。通過上述優(yōu)化滲硼工藝處理后，得到的滲層厚度分別為55.63μm和53.64μm。
　　 研究了含氧化鑭滲劑下Ti6AI4V合金滲層的表面組織形貌與相組成、滲層厚度與硬度梯度、滲層與基體的界面結(jié)合力以及摩擦磨

4、損性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:與未添加氧化鑭的滲層相比，添加氧化鑭滲層具有更致密的表面組織，更高的滲層厚度和表面硬度（增幅分別為50.7％和34.8％），更高的界面結(jié)合力(前者約為51N，后者約為70N，增幅為37.25％)，在摩擦磨損過程中具有更低的摩擦系數(shù)(0.12vs0.45)，更高的耐磨性、抗剝落性能和自身抗裂性。自身抗裂性的提高與滲層中存在Ti金屬相提高韌性有關(guān)。添加氧化鑭滲層與未添加氧化鑭滲層相比，具有低且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)(0.12)

5、且摩擦磨損表面無Fe元素。
　　 研究了含氧化鋯滲劑下Ti6AI4V合金滲層的表面組織形貌與相組成、滲層厚度與硬度梯度、滲層與基體的界面結(jié)合力以及摩擦磨損性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:與未添加氧化鋯的滲層相比，添加氧化鋯滲層具有更好的表面組織，更高的滲層厚度和表面硬度（增幅分別為35.0％和6.99％），更高的界面結(jié)合力(前者約為51N，后者約為70N，增幅為41.17％)，在摩擦磨損過程中具有更低的摩擦系數(shù)(0.15vs.0.45)，更