钛及钛合金渗硼技术的发展

介绍了近年来研发的提高钛及钛合金表面硬度和耐磨性的渗硼方法,包括气体渗硼、液体渗硼、固体渗硼、膏剂渗硼和等离子渗硼等。讨论了上述渗硼方法所获得的渗层的显微结构和性能及其应用范围。比较了各种渗硼方法的特点。展望了钛合金渗硼技术的发展和应用前景。     

微量硼改性对钛合金组织和性能的影响

硼(B)元素改性的钛合金由于生成TiB金属间化合物而具有更高的强度、刚度和耐磨性等。目前,TiB已用作钛合金的增强相,硼改性钛合金具有扩大钛合金使用范围的潜力,并已引起了人们广泛关注。综述了微量硼改性对钛合金铸态组织和性能的影响,以及微量硼元素改性与热加工叠加或热处理对钛合金组织和性能的影响。     

TC21钛合金表面处理技术的研究现状

介绍了TC21钛合金的表面处理技术,综述了阳极化处理技术、MAO、渗铬、渗碳、渗硼等耐磨技术以及喷丸处理技术和提高微动磨损性能的超音速火焰喷涂技术,展望了TC21钛合金表面处理技术的发展。     

Ti-6Al-4V钛合金固体渗硼法表面改性

对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)进行表面渗硼使其表面硬度显著提高.渗硼温度为1000℃到1050℃,渗硼时间为5 h到20h.文内测量和比较了渗硼后钛合金表面的微结构、形貌、相组成等性质,研究了渗硼过程中Ti,Al,V,B等元素的扩散行为.在低温短时间渗硼时,渗硼层厚度仅0.8μm,而在高温长时间渗硼时,渗硼层厚度可达15 μm.实验证明,渗硼层由TiB和TiB2两相组成,并且它们的含量随渗硼温度提高而增加.渗硼层表面主要含TiB2,其显微硬度可达2200 HV0.01,渗硼层内表层主要含TiB,其显微硬度为1100 HV0.01.渗硼层的硬度远高于TC4钛合金的硬度.     

新型纳米级粉末冶金钛合金美国面世

美国《先进材料与加工》的一篇文章介绍，美国宾州匹茨堡Crucible研究公司开发出来一种新型纳米级粉末冶金钛合金，比通常钛合金强度和刚度高出25％。这种新型的纳米级粉末冶金钛合金主要控制硼添加到予合金粉末冶金中的过程，硼加入到Ti-6Ae-4V钛合金中，产生稳定的TiB弥散体，可提高强度和刚度在25％-30％，且其延展性可以和铸锻钛合金相比，机械性能几乎为均质化。     

表面渗硼对新型β-钛合金耐腐蚀性能的影响

目的通过制备渗硼涂层,提高新型β-钛合金的耐腐蚀性能。方法采用固体粉末包埋法,在空气及氮气气氛中,选取不同的渗硼温度,在Ti-33Nb-4Sn(简称334钛合金)表面渗硼。对比分析涂层的表面、断面形貌,总结渗硼涂层的生长规律。利用电化学测试方法,测定334钛合金制备渗硼涂层前后,在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果在不同的制备条件下,都能在新型β-钛合金表面形成一层致密、连续的渗硼层。该涂层为双层结构,由致密的外涂层和针须状的过渡层组成。在相同气氛下制备的涂层,随着渗硼温度的升高,致密外涂层厚度增加。在氮气气氛下制备的涂层致密外涂层的厚度,大于同温度下在空气中制备的涂层。基体经过不同条件渗硼处理后,开路电位都明显提高。334钛合金基体的自腐蚀电位为0.6692 V,腐蚀电流密度为2.356μA/cm^2。在空气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为1.0993、0.7221、0.7639 V,腐蚀电流密度分别为3.377、2.274、1.584μA/cm^2。在氮气中经过900、950、1000℃温度渗硼后,自腐蚀电位分别为0.8617、0.6804、0.8143 V,腐蚀电流密度分别为1.358、1.445、1.525μA/cm^2。结论渗硼涂层可提高334钛合金的耐腐蚀性能,氮气气氛下制备涂层的耐腐蚀性能明显优于空气气氛。     

TC4钛合金的固体渗硼

采用固体粉末渗硼法对TC4钛合金基体表面进行渗硼试验。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射 (XRD)研究TC4钛合金渗硼后的物相组成和组织形貌,讨论渗硼过程中元素的扩散行为。结果表明：在1000,1050和1100 ℃分别保温5,20 h后,渗层由外表层的TiB2和内表层的TiB晶须组成,渗层厚度范围为0.8~15 μm。XRD分析表明：TC4钛合金渗硼后形成TiB2与TiB双相硼钛化合物层,随着温度的升高,TiB2与TiB的峰位增多;EDS分析得出表层B原子被TC4钛合金吸附后与基体的Ti化合导致过渡区域内的Ti含量减少,同时Al和V元素开始向基体扩散并在近界面处富集。渗层的显微硬度呈梯度分布,TiB2到TiB晶须维氏硬度值的变化范围为22 000~11 000 MPa,过渡区的硬度值要高于基体的硬度值。     

TC4钛合金低温固体稀土-硼共渗

研究了TC4钛合金在950℃低温(β转变温度以下)下进行固体稀土-硼共渗的渗层形貌、物相组成、组织性能及基体相变。结果表明,低温稀土-硼共渗,可使TC4钛合金表面获得实用的渗硼硬化层,由TiB2和TiB双相化合物组成。同1050℃高温稀土-硼共渗相比,低温渗硼层致密均匀无孔洞,而且硬度梯度和脆性得到进一步改善。低温渗硼后TC4基体为等轴组织,性能良好,能有效地防止高温(β转变温度以上)时β相形成粗晶。低温渗硼有效地改善渗层的性能,减小工件畸变。     

钛合金化学热处理研究进展

钛合金由于存在致密钝化膜、极高的氧亲和力和较低的原子扩散系数,表面强化很难实现。但钛的碳氮化物及固溶相具备优异的性能,通过渗氮、渗碳、渗硼、渗金属4种化学热处理技术可大幅度改变合金表层组织结构,提高表面硬度和强度。对钛合金化学热处理常用技术特征、渗层微观组织结构、强化机制及力学行为进行了归纳总结,并对未来化学热处理发展前景做了展望。     

钛合金固态相变的研究进展

综述了近年来国内外学者在钛合金固态相变理论和实验研究方面的进展情况，介绍了几种钛合金固态相变的研究实验方法，并对钛合金中马氏体、硼、亚稳脚分解等相变动力学、晶体学以及组织的演变、形核生长等进行了总结和归纳。     

金属渗硼

采用适当的渗硼剂、活化剂和加工工艺能使工件表面形成有良好耐磨性能的硼化物层。本文探讨了钢基材表面的几种渗硼工艺及其应用。同时叙述了钛及钛合金、钴基合金、烧结碳化钨硬质合金和镍基合金的渗硼工艺以及它们在工业上的应用。     

TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺进行优化。结果表明,渗硼温度对渗硼层影响最大,其次为渗硼时间、B₄C含量和La₂O₃含量。最优的催渗渗硼工艺为：渗硼温度1050 ℃,渗硼时间20 h,渗硼剂配比20wt%B₄C+4wt%La₂O₃+76wt%SiC。渗层表面由TiB、Ti₂B₅、TiC和Ti组成;与未添加氧化镧渗硼层相比,添加氧化镧渗硼层厚度与表面硬度明显提高,耐磨性也得到显著改善。     

La2O3包埋渗硼TB2钛合金的腐蚀与磨损性能

为了改善TB2合金的表面性能,采用4％La2O3(质量分数)包埋渗硼法对TB2合金进行1100℃,20 h渗硼处理,研究TB2钛合金的渗硼层组成与厚度以及腐蚀与磨损性能.结果表明,La2O3在渗硼过程中促进硼化物层的生长,提高其连续性和致密性,TiB晶须长度从16.80增至21.84μm.这是因为La2O3能与B反应生...     

TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺的优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺进行了优化,其中渗硼温度影响最大,其次为渗硼时间和ZrO2含量,B4C含量影响最小,最优工艺为:渗硼温度1 050℃,渗硼时间25h,渗硼剂配比(质量分数):B4C 20%,ZrO24%,SiC 76%。利用X射线衍射仪和光学显微镜对渗层的物相组成和厚度进行分析,结果表明:渗层表面主要由TiB2、TiB、TiB12、TiC、TiN组成,渗层厚度为46.67μm。与基础渗硼剂所得渗层相比,渗硼层厚度、渗层硬度、界面结合力和耐磨性都有所提高。     

高强度低模量马氏体型Ti-V-Sn系合金

α,α＋β钛合金的弹性模量在100～120 GPa之间,β钛合金的弹性模量较低,可以达到40～50 GPa,主要用作生物医用植入材料。目前开发的低模量钛合金有Ti-Nb-Ta-Zr系亚稳β钛合金,Ti-Nb-Ta-Zr,Ti-Nb-Ta-Mo,Ti-Nb-Ta-Sn四元β钛合金和Ti-Nb-Sn系亚稳β钛合金。低模量钛合金均含有大量的β稳定元素Nb,价格较贵,不适合非生物医用。     

α钛合金的热机械加工

α钛合金是一种较宽泛的分类,包括工业纯钛、α钛和近α钛合金。工业纯钛和含有Al和Sn等α稳定元素的α钛合金均为单一相,在常温下为密排六方晶体结构。由于“合金为单相组织,相对而言塑性较低,热稳定性较高。因此具有良好的蠕变性能和韧性。近α钛合金含有2％的β稳定元素,在显微组织中引入了少量的β相,与工业纯钛和α钛相比有较高的拉伸强度,而且在所有的钛合金中,在高于400℃的情况下蠕变抗力最高。     

铝-硼和铝-钛-硼中间合金的制造(上)

一、铝-硼中间合金通常铝-硼中间合金含有1～3％硼,由含硼的盐类或气体加入。通常使用的含硼的盐类是氟硼酸钾,很少使用硼酸和硼酐;使用的气体是氟化硼或氯化硼。纯硼很难熔于铝,向液体铝中加入粉状的硼,也不是一个很简单的问题。硼粉成为渣状,漂浮在熔体表面而强烈氧化。关于这方面     

加Ti、B方式对A356合金组织和性能的影响

通过对比试验研究了在相同Ti含量和相同Ti、B质量比时,不同加Ti、B方式对A356合金组织和力学性能的影响.结果表明,电解加钛的A356合金的晶粒细化效果总是优于熔配加钛和钛盐加钛,钛、硼联合细化方式比单独加钛细化效果好.钛、硼联合细化A356合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率高于对应的单独加钛A356合金.加钛、硼方式对A356合金强度影响较小,但对A356合金塑性影响较大.电解加钛A356合金强度与熔配加钛合金相当,较钛盐加钛合金稍高,但伸长率均显著大于熔配加钛和钛盐加钛A356合金.     

钛合金高温玻璃—陶瓷保护涂料的研究

开发出一种用于高温钛合金热加工条件下的防氧化玻璃－陶瓷保护涂料，该涂料是以硼铝硅酸盐玻璃为主体，加入有机粘结剂，用水做溶剂，配制而成的水悬浮液。讨论和研究了由该涂料在高温条件下形成涂层，以及涂层对钛合金保护作用的机理和涂料配方的设计原则。通过能谱（EDS）和恒温增重的分析，比较了有涂层保护和无涂层保护钛合金片表面氧含量的差异，表明了所制备的玻璃－陶瓷涂料在高温下对钛合金有很好的保护作用。     

微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB组织及性能的影响

采用高真空非自耗熔炼及吸铸方法制备不同硼含量的Ti6Al4V-xB(x=0,0.05,0.1,0.5,质量分数,%)合金,将合金在900℃下进行2 h保温退火。研究了不同微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB的铸造显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量硼元素的添加影响了钛合金高温形核过程,在固-液前沿富集B元素阻碍初始β-Ti长大,有效细化钛合金晶粒,当硼含量超过0.1%时,则有TiB相的析出。Ti6Al4V-xB合金的强度极限随硼含量的增加单调上升,由893 MPa变为966 MPa,这是细晶强化和析出强化共同作用的结果;合金的塑性则是先升高后降低,Ti6Al4V-0.05B的塑性提高了15%,而Ti6Al4V-0.1B与Ti6Al4V-0.5B的塑性则降低了50%,是因为析出脆性的Ti B相,形成脆性断裂敏感带。