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钛合金表面处理的几个方面

发布时间:2013/2/21 13:50:20
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  编者按:钛合金因拥有比强度高、耐蚀性好、耐热、无磁等许多优点,已在航天、航空、舰船、化工以及生物医学等各个领域获得广泛应用。但是钛的导热系数小,表面硬度低,容易发生粘着磨损。钛和与之相接触的材料会产生很强的相互作用,发生接触腐蚀;在特殊介质中,还会发生点蚀和缝隙腐蚀。因此,必须对钛合金进行表面处理,才能使钛合金承受更恶劣的服役环境和条件,使钛固有的优异性能得到充分发挥。

        钛合金的表面处理主要有以下几个方面
  
  表面渗碳。据日本报道,采用Ar气体产生的等离子体清洗钛表面,在1073~1323K温度下,用CH4进行渗C,可以得到以TiC为主要成分的硬度层,厚度为几个微米。另外,采用放电加工的方法可以提高钛材表面的硬度。其工艺过程是:在绝缘油中,让工具电极与钛零件之间发生火花放电,油的热分解生成C,渗入熔融状的钛表面,形成了渗C层。硬化层的成分为TiC,厚度为5微米左右,硬度可达到2.2×104MPa左右,是基体钛材的11倍。
  
  表面渗氮。氮化方法可在钛材表面形成一层钛的氮化物硬化层,主要有离子氮化、气体氮化、高压气体氮化和等离子氮化等。据日本报道,在本底真空为5×10-3Pa、氮化压强为0.13MPa条件下,纯钛在850℃下可生成厚度为20微米的氮化层,氮化层zui外层是很薄的TiN,其余是N在Ti中的α相固溶体。另外,也有报道采用高压氮化处理来提高钛材表面的硬度。在0.5~10MPa的气体压强下,用N2,NH3或它们的混合气体对钛表面进行氮化处理,然后随炉冷却;当压力降至0.1MPa时,再抽真空至1Pa,进行300~400℃回火处理,这样在纯Ti表面可以得到厚度为20微米的金黄色TiN层,表面硬度可达10000MPa。但是,上述方法均需要高温长时间的处理,会对钛的力学性能造成不利影响,特别是疲劳性能;而且会使钛材在高温下发生吸氢现象,有发生“氢脆”的危险。因此,目前这方面研究的重点是如何实现低温和无氢处理。
  
  氧化处理。据波兰报道,在Ar+O2气氛中辉光放电,产生的等离子体在1023K温度下可使Ti-6Al-4V表面生成氧化物及氧扩散层。由此得到的材料在NaCl溶液中的耐蚀性明显改善。另据俄罗斯报道,用“超声+热氧化”的处理方式在钛表面可制备出氧化物涂层。由于超声波的高能量密度,使氧扩散的深度增大,且使晶粒变小。经“超声+热氧化”处理的钛材表面硬度为6500~7200MPa,硬化深度为10~15微米。“超声+热氧化”处理的试样,其耐磨性优于直接热氧化处理的试样。
  
  表面合金化。据日本报道,采用气相热扩渗,可以在Ti表面实现Mg合金化。研究表明,经气态镁中950℃处理430h的试样,表面生成Ti-Mg合金,其耐蚀性大大提高,耐蚀性的可达纯钛的80倍。

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