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)良特性而被廣泛應用于諸多國民經(jīng)濟中的主要領域。但是，其硬度低、耐磨性能差等固有不足限制了其進一步發(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。本文以常規(guī)Ti6AI4V合金為對象進行滲硼試驗，所開展的工作和取得的創(chuàng)新型成果如下:
　　 研究了應用于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，因為氟硼酸鉀在高溫條件下會分解，產(chǎn)生的活性氟離子會與鈦合金表層發(fā)生化學反應，從而使試樣嚴重腐蝕;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合金進行滲硼試驗，通過單因素試驗和正交試驗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行了優(yōu)化，試驗結(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。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