鈦合金表面制備納米晶鈦硼化合物薄膜的性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金由于其優(yōu)越的物理化學(xué)以及力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天等領(lǐng)域。但是鈦及鈦合金在還原性酸中耐腐蝕性能較差，以及高溫抗氧化和耐磨損性能差等弱點限制了其應(yīng)用范圍。而抗腐蝕、氧化及磨損性均屬于表面性能，因此針對鈦及鈦合金的上述問題通過表面處理來提高其抗腐蝕、氧化及磨損性能是很有意義的工作，也是長期以來研究的熱點。
　　在表面工程應(yīng)用上，TiB和TiB2與鈦相容性較好，密度與鈦相差不大，線膨脹系數(shù)差在容許范圍內(nèi)，而彈性模

2、量是鈦的4-5倍，對于提高鈦及其合金的硬度和耐磨損等性能有很大幫助。
　　因此本文采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)在純Ti表面制備了四種薄膜（納米晶TiB2薄膜、納米晶(Ti,Al)B2薄膜、非晶/納米晶TiBN薄膜及非晶/納米晶(Ti,Al)BN薄膜），擬改善純Ti的腐蝕、氧化及磨損性能。采用X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、透射電子顯微鏡（TEM）及掃描電鏡（SEM）的手段對四種薄膜的物相組成和微觀結(jié)構(gòu)進行了綜合分

3、析，結(jié)果表明：薄膜組織均勻致密，連續(xù)，膜厚約10μm左右，無孔洞、裂紋等微觀缺陷，納米晶結(jié)構(gòu)的薄膜由納米晶TiB2（(Ti,Al)B2）單相組成，非晶/納米晶薄膜由納米晶TiB（(Ti,Al)B）相和非晶BN相組成。采用納米壓入和劃痕法對薄膜的力學(xué)性能進行了分析，結(jié)果表明：四種薄膜均有效的提高了純Ti基體的硬度及彈性模量，硬度提高了7.7-15.2倍，彈性模量提高了2.7-3.4倍，其中以納米晶TiB2薄膜提高幅度最大；薄膜與基體的結(jié)合

4、力臨界載荷Lc均在60N以上，超出實際滑動接觸應(yīng)用所需的結(jié)合力值兩倍以上。
　　對薄膜在3.5％NaCl溶液中腐蝕性能的測試結(jié)果表明：經(jīng)過氮化處理得到的非晶/納米晶TiBN和非晶/納米晶(Ti,Al)BN薄膜的耐腐蝕性能優(yōu)于未經(jīng)過氮化處理制得的納米晶TiB2和納米晶(Ti,Al)B2薄膜，其中非晶/納米晶TiBN薄膜具有最優(yōu)異的耐腐蝕性能。Al元素的加入，破壞了鈍化膜的穩(wěn)定性，使薄膜的耐蝕性能有所降低，但仍優(yōu)于基體材料。除此之外，

5、極化曲線測試中在0.25v和1.75v電位附近，鈍化膜表現(xiàn)出活性溶解特性，分別是由TiB2的水解反應(yīng)以及析氧反應(yīng)所致。
　　對四種薄膜在600℃、700℃條件下的抗氧化性能研究表明，納米晶TiB2和納米晶(Ti,Al)B2薄膜經(jīng)氧化后表面沒有觀察到明顯變化，表現(xiàn)出極好的抗氧化性能，而非晶/納米晶TiBN和非晶納米晶(Ti,Al)BN薄膜經(jīng)氧化后表面出現(xiàn)凸起等現(xiàn)象，氧化層橫截面亦觀察到有裂紋存在；對薄膜的耐磨損性能測試表明：摩擦系數(shù)