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鈦合金表面硬化處理的三種方法

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-9-16 14:14:55
表面硬化的目的是提高耐磨性,并消除在摩擦條件下工作的零件發生相互黏附的危險性。在硬度提高的同時,有可能耐蝕性能及疲勞強度也有所提高。這里首先關注表面硬度的提高,關注工藝本身及其對表面硬度提高的影響。現已發現有一種基于氧化的復式處理法,它可在Ti-6Al-4V上生成性能最佳的硬化層。這種增強/擴散氧化處理(BDO)能生成一層厚的亞表面層,以加強薄的表面耐磨損熱氧化(TO)層。該工藝由www.yukain.com.cn公司開發,它類似于鋼的真空滲碳處理。將所需添加元素,這里為氧,以大的勢能形成一高濃度表面層,然后在真空下將其擴散進入基體。按照此要求進行處理,生成的硬化層為準確的C形,這種硬化層用普通擴散處理是不能生成的。TO處理形成了一薄層“金紅石”(與“八面石”形式相對)氧化鈦(TiO2)層,并還有一窄的氧擴散區。表面層有著好的耐摩擦性,但它需要更厚些的BDO低襯層支撐,以便承受更大應力載荷。
 
在高溫下會與氧,氮等氣體發生反應,引起硬化,高溫下(800-900度)進行氮化處理,使其表面維氏硬度高達700以上;通過堆焊,在氬氣中同入適量的氮氣或者氧氣,使其表面硬度可以提高2—3倍;通過離子電鍍,使其表面生成一層氮化鈦,厚度在5微米左右,表面維氏硬度竟然高達16000—20000;鍍鉻等。此處理應在一壓力保護氣氛的爐子中進行并很好地控制,它可方便地改變處理結束時的氣體成分,以生成均勻的無氣孔金紅石層。其結果類似于TO工藝處理。這樣它以一步方式進行了復式處理,更不需如BDO/TO組合處理那樣的三步,從而顯著節能。此工藝僅用完全惰性氣體———氬氣和氧氣,因而十分環保,無毒氣,不會引起全球溫室效應。雖然工藝很好,但真空處理費用昂貴,且氧化/擴散二步處理中有明顯的控制問題。即使在真空中的擴散時間固定不變,第一步中形成氧化物含量的微小變化,也會引起其最后硬度分布的顯著不同。此工藝完全依賴于經驗控制。另一方面,在氣體擴散過程中,例如,可由氧化鋯電極直接控制氧電勢,從而相對簡單地形成所需穩定分布曲線形狀。因此發現了另一替代方法,它更類似于氣體滲碳處理,將加入元素,即氧,以氣體形式形成可控勢能源來控制處理過程。
 
鈦合金滲碳在表面上生成TiC相,具有非常髙的硬度。但是TiC層與基體的結合力很差,妨礙實際使用。鈦表面滲硼生成TiB2相,硬度也很高。據文獻報道,將酸洗后的鈦零件包埋在無定型硼粉和A1203粉各半的混合粉末(其中加有0.75%-1.0%的NH4F*HF)中,在1010度保溫1小時,即可生成TiB2層。在上述條件下,該涂層的厚度依合金不同而異,工業純鈦上生成的涂層厚度為25p,TC4鈦合金上形成厚度為20um,硬度在HV2800-3450的范圍。滲硼的溫度要求高,這使其應用受到一定限制。如果先在鈦板上電鍍鐵,之后進行硼化,可以降低硼化溫度到870度,鍍層厚度可達40um,硬度可到HV2300。由于鈦也與氮反應,因此必須用氬氣作為載體。假如用氧/氮混合氣體(空氣)作為氧源,那在氧的擴散溫度(約850℃)就會形成足夠的氮化物它會減小氧的擴散。為了優化氧擴散層的深度和分布,氧的濃度需足夠高,以產生最大擴散速率。但它不能高至形成一連續的表面氧化膜,據報道,它會阻擋擴散。
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