【摘 要】
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钛及其合金普遍具有低密度、高比强度、化学稳定性和对温度耐性较好等优异的特性,因而在航天航空、化工等诸多领域中广泛应用。但钛合金硬度较低且易形成黏着磨损。已知采用固体粉末渗硼技术可以显著提高钛合金表面的硬度和耐磨性能,但是在经过不同的渗硼处理后,钛合金表面的硬质层组成会因渗剂组成、渗硼温度、保温时间和基体而有所不同。本实验采用单渗硼和复合共渗技术对TA1、TC4和TA15三种不同类型的钛合金进行不同
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钛及其合金普遍具有低密度、高比强度、化学稳定性和对温度耐性较好等优异的特性,因而在航天航空、化工等诸多领域中广泛应用。但钛合金硬度较低且易形成黏着磨损。已知采用固体粉末渗硼技术可以显著提高钛合金表面的硬度和耐磨性能,但是在经过不同的渗硼处理后,钛合金表面的硬质层组成会因渗剂组成、渗硼温度、保温时间和基体而有所不同。本实验采用单渗硼和复合共渗技术对TA1、TC4和TA15三种不同类型的钛合金进行不同热处理条件下的渗硼实验,对所得到的渗硼样品通过光学显微镜、金相显微镜和扫描电镜观测渗硼后合金样品的微观形貌,并通过XRD和EDS分析了渗层的物相组成和元素分布,研究渗硼工艺对钛合金的表面渗层组成和力学性能的影响,并探究了渗层中TiBx相的形成条件及相稳定性条件,发现如下结论:采用无定形纯硼为渗硼剂,在850～1000℃温度范围内对TC4钛合金进行固体渗硼实验,保温5 h,随后炉冷至室温。随着渗硼温度的增加,合金表面会形成渗层且渗层厚度逐渐增加,在850℃时即有TiB相开始出现。当渗硼温度达到930℃时,渗层主要由TiB和TiB2两种硼钛化合物硬质相组成。延长渗硼的保温时间,渗层显著增厚,维氏硬度明显提高。采用B4C+5%B渗硼剂,对α型TA1钛合金在875℃～950℃范围内进行渗硼实验,结果表明,在渗硼温度为875℃时渗硼层中TiB开始形成。随着渗硼温度提高或保温时间的增加,得到的渗层厚度随之增加。TA1在875～900℃范围内开始进行相变,并且在900℃保温10 h获得的渗层最厚,合金表面硬度最高,延长保温时间至15h,会出现TiB2+TiB双相渗层,并可能存在碳的共渗。采用B4C+5%CeO2渗硼剂,对近α型TA15钛合金在960℃～1010℃温度范围内进行渗硼实验,在960℃时即出现TiB,其含量随温度和时间的增加而增加。在980℃保温10 h后可以获得相对最厚的含TiB渗硼层。热力学分析表明,在温度为800～1100℃时进行钛合金的渗硼实验时,以B4C作为渗剂时,含有氧分压条件下会生成TiB,而无氧分压条件下除了有TiB生成以外,还可能会形成TiC。
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