TA2激光相變硬化-離子滲氮復(fù)合改性層組織與性能研究.pdf

1、工業(yè)純鈦TA2由于具有低密度、高比強(qiáng)度、優(yōu)良的生物相容性和較好的焊接性而廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域,然而其硬度低、抗粘著磨損能力差和在還原性介質(zhì)中耐蝕性較差等問題又限制了其應(yīng)用。在TA2表面制備氮化鈦薄膜可以有效提高TA2表層硬度、增強(qiáng)其耐磨耐蝕性能。本文采用激光相變硬化、離子滲氮和激光相變硬化-離子滲氮三種工藝方法對TA2進(jìn)行表面改性,研究不同工藝方法和工藝參數(shù)對改性層組織和性能的影響,并探討激光相變硬化對離子滲氮的催

2、滲機(jī)理。
　　 經(jīng)過激光相變硬化處理后,TA2表層組織由原始a-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)針狀馬氏體;在600℃、8h、H2:N2=3:1條件下離子滲氮處理后,TA2表層基本無白亮層且氮擴(kuò)散層極薄;在相同離子滲氮條件下,激光相變硬化-離子滲氮處理后,改性層可分為白亮層、氮擴(kuò)散層和激光相變硬化層三個區(qū)域,表層為白亮層,由TiN、Ti2N和a'-Ti(N)等相構(gòu)成,厚度為5～10μm;次表層為氮原子擴(kuò)散層,該區(qū)域組織為N在Ti中的固溶體a'-Ti

3、(N),呈針狀,約110μm;靠近基體部位為激光相變硬化層,組織發(fā)生了部分長大,由針狀變?yōu)榧?xì)小等軸晶,約250μm。
　　 TA2經(jīng)三種工藝處理后,硬度、耐磨性和耐蝕性都有了較大提高。激光相變硬化-離子滲氮處理試樣最高硬度可達(dá)835HV0.025,隨至表面距離的增大緩慢降低;磨損失重量僅為基體的29％,且磨損形式由粘著磨損轉(zhuǎn)化為磨粒磨損;試樣的耐蝕性也有了明顯提高,自腐蝕速度降為基體的1/176,當(dāng)試樣在鈍化區(qū)使用時,腐蝕速率為

4、基體的1/10。
　　 激光相變硬化顯著細(xì)化了晶粒,增加了單位體積內(nèi)晶界的數(shù)量;激光輻照后的激冷過程中,試樣表層存在大量的表面溝槽和位錯露頭處,相變硬化層中形成了大量的空位、位錯和孿晶等亞結(jié)構(gòu)。這些缺陷不僅成為氮原子的快速擴(kuò)散通道、降低了氮原子擴(kuò)散所需的能量,也為氮化鈦的形核提供了適宜的場所并降低了氮化鈦形核所需的能量。因此,激光相變硬化對離子滲氮起到了明顯的催滲作用,使得激光相變硬化-離子滲氮復(fù)合改性層比離子滲氮層厚度更大,硬