TC4鈦合金表面低溫鹽浴硼氧共滲研究.pdf

1、鈦及鈦合金因其諸多優(yōu)異性能而廣泛于航空航天、汽車制造、生物醫(yī)學(xué)等國民經(jīng)濟領(lǐng)域，且TC4鈦合金是最常用的鈦合金。但是，鈦合金“與生俱來”的表面硬度低等先天性缺陷，嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。表面滲硼、滲氧處理均可以改善鈦合金的表面硬度和耐磨性，但是鈦合金表面硼氧共滲研究尚屬空白。本文研究了TC4鈦合金表面低溫鹽浴硼氧共滲技術(shù)，所開展的探索性工作和取得的結(jié)果如下:
　　研究了TC4鈦合金的鹽浴硼氧共滲劑的組成成分。結(jié)果表明:單一硼砂型滲層表面檢

2、測到大量的Na2TiO3和微量的硼鈦化合物，表面硬度為584.7 HV，共滲效果不理想;硼砂—碳粉型不能作為鹽浴共滲劑，因為碳粉在倒入坩堝過程中燃燒致使共滲試驗不能進行;硼砂—鋁粉型滲層表面主要生成了Ti3Al、TiO2、TiB2、TiB12和Ti2B5，表面硬度為631.8 HV，有明顯的共滲效果;硼砂—碳化硅型滲層表面主要生成了TiB12、Ti2B5、TiB25、TiO2和TiC，表面硬度為677.4HV，有明顯的共滲效果;氯化鈉—

3、氧化硼—碳化硼型滲層表面主要生成了TiB、TiB2、TiB12、 TiO2和TiC，表面硬度為664.9HV，有明顯的共滲效果?；瘜W(xué)熱力學(xué)分析顯示:這三組共滲試驗都發(fā)生了有利于硼氧共滲的反應(yīng)，與試驗結(jié)果吻合。
　　研究了添加鐵粉、鐵絲和扎鐵絲對硼砂—碳化硅型共滲層SEM表面形貌、物相組成和表面硬度的影響。結(jié)果表明:與硼砂—碳化硅型共滲層相比，鐵粉型和鐵絲型共滲層并沒有得到改善，而扎有鐵絲的試樣共滲層具有更好的表面質(zhì)量（滲層表面生成

4、大量的Al2O3和TiB等具有優(yōu)良性能的硼鈦化合物），更高的表面硬度（989.3 HV，增幅為46.04％）。采用化學(xué)熱力學(xué)分析討論了鐵粉型和鐵絲型共滲劑無明顯催滲作用的原因，采用單一變量法和電化學(xué)模型解釋了扎鐵絲對鹽浴硼氧共滲的催滲機理。
　　研究了TC4鈦合金硼砂—碳化硅型鹽浴共滲劑配方優(yōu)化。研究了不同配方的共滲劑所得滲層SEM表面形貌與物相組成、橫截面形貌與元素擴散情況、滲層厚度與梯度硬度、摩擦磨損性能與界面結(jié)合力。結(jié)果表明

5、:90％ Na2B4O7+10％SiC共滲劑所得滲層具有質(zhì)量較好的表面（主要由TiO2、Al2O3、TiB、TiB12、TiB25和TiC組成），較高的共滲層厚度(26.5μm)和表面硬度(1020 HV)，較低的摩擦系數(shù)(0.38)，較高的界面結(jié)合力(72.47 N)。
　　研究了氧化鑭添加劑和共滲溫度對鹽浴硼氧共滲組織與性能的影響。結(jié)果表明:共滲層厚度隨著La2O3添加量的增加呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)La2O3添加量為3％時，

6、共滲層厚度有最大值(32.74μm);與低溫(950℃)鹽浴共滲層相比，高溫(1000℃)鹽浴共滲層具有質(zhì)量較好的表面（主要由TiB、TiB2和TiO2組成），較高的共滲層厚度（增幅為4.43％）和表面硬度（增幅為9.70％），相差不大的界面結(jié)合力（前者約為85.33N，后者約為87.36N），更低的摩擦系數(shù)（前者為0.32，后者為0.28）。
　　綜上所述，本文成功開發(fā)了鈦合金的低溫鹽浴硼氧共滲技術(shù)，初步揭示了其內(nèi)在機理，為鈦合