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度高、耐腐蝕性強等優(yōu)異特性，是廣泛應用于航空航天、航海、電子、化工、民用品等領域的先進結構材料。然而，它們的弱點也很突出，如耐磨性差，高溫抗氧化性不足，某些條件下會燃燒形成“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熱點領域之一。目前已有眾多的表面改性技術在鈦合金上得到應用。其中多數(shù)為各類涂層或薄膜技術，形成的改性層普遍存在與基體結合強度差的問題，在實際應用條件下，特別是疲勞載

2、荷存在時，易于剝落而失效。雙層輝光等離子表面合金化技術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散層，并與基體冶金結合；與傳統(tǒng)的固體粉末滲金屬法相比還具有成分可控性強，效率高等優(yōu)點。 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在鈦及鈦合金表面進行滲鈮處理，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。結合滲碳復合處理，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℃、保溫時間4h、預轟擊時間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

4、合處理后的摩擦學性能。結果表明，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。氧化實驗表明在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溶液中浸泡試驗及電化學腐蝕實驗均表明滲Nb后耐蝕性有不同程度的提高。球-盤磨損實驗表明Ti-Nb合金層、Ti-Nb-C合金層摩擦系數(shù)降