工业纯钛的离子渗氮

工业纯钛经离子渗氮后,表面可生成金黄色的、组织致密的、耐腐蚀和耐磨性能优异的氮化钛渗层。本文介绍了渗氮工艺,渗层性能分析,以及试制的电池粉芯模等的使用效果。     

工业纯钛TA2离子渗氮后的组织结构与真空摩擦磨损性能研究

为研究工业纯钛TA2经离子渗氮技术处理后的真空摩擦磨损性能,利用光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对渗氮前后材料的微观结构、表面形貌及表面粗糙度、相组成和硬度进行表征。采用真空摩擦磨损试验机对TA2渗氮前后的摩擦磨损性能测试后,使用白光三维形貌仪、扫描电镜及其附带能谱仪分析磨痕的表面形貌及磨痕表面的元素组成。结果表明:离子渗氮后,TA2表面形成的渗氮层主要由Ti N、Ti2N和α-Ti(N)等硬质相组成,厚度约为80μm,且表面HV硬度由1.40 GPa提升至12.60 GPa;离子渗氮处理使TA2在真空环境中的摩擦系数和磨损体积显著降低,从而有效减摩抗磨;然而在大气条件下,渗氮层的形成导致材料的摩擦系数和耐磨性均显著提高;此外,离子渗氮后材料的磨损机制也发生显著改变:在大气条件下,渗氮后样品的磨损机制由原始样品的磨料磨损、塑性形变及轻微粘着磨损共同作用转化为严重塑性形变、粘着磨损和材料转移,而在真空环境中,原始样品表面主要发生了粘着磨损、塑性形变同时伴有轻微的磨料磨损,而渗氮后材料磨损机制则为磨料磨损。     

TA2工业纯钛负压下间歇式气体渗氮

研究了负压条件下,不同氮氩混合比对TA2工业纯钛组织与性能的影响。结果表明：渗氮层主要由α-Ti、TiN0.3和TiN相组成。有效硬化层深度为 30～50 μm,氮氩比在1:5和1:1时渗层硬度较高且梯度平缓。腐蚀电位随氮分压的增大先提升后降低,腐蚀速率则先降低后增大。当氮氩比为1:1时,TA2渗氮层具有最优的综合性能。     

TA2钛材激光相变增强离子渗氮层的组织与性能

采用激光相变硬化、离子渗氮及激光相变增强离子渗氮3种工艺对TA2钛材进行表面强化处理,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机对材料表面硬化层的物相组织、表面形貌、硬度和摩擦学性能进行分析测试。结果表明,激光相变后,试样进行600℃×8 h的离子渗氮可抑制长时间高温渗氮引起的TA2基体组织粗化,获得组织合理、耐磨性能优良的渗氮层。     

工业纯钛TA2的焊接

通过对工业纯钛TA2焊接特点的分析及焊接温度场的确定,拟定了TA2钨极氩弧焊焊接工艺,着重对其钨极氩弧焊的保护措施、焊接规范参数的选择进行了实验与分析。通过实验对比,制定出了合理的规范参数,得到了满意的焊缝质量。     

工业纯钛TA2的焊接

本文通过分析TA2的焊接特点，提出了在生产过程中焊接该材料的注意事项及预防措施，并通过焊接工艺评定试验验证了其可焊性，成功应用于生产中，取得了良好的效果。     

工艺参数对TA2工业纯钛搅拌摩擦加工组织的影响

分别采用旋转速度为475、600和750 r/min,焊接速度为47.5和60 mm/min不同工艺参数对TA2工业纯钛板材进行搅拌摩擦加工(FSP),对不同参数下加工温度、加工后显微组织和硬度进行了分析。实验结果表明:FSP实现了组织结构的致密化和细化,搅拌头旋转速度对加工温度和加工后晶粒大小有很大影响,加工速度影响较小,旋转速度和加工速度变化对搅拌区中心硬度影响不大。     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高     

预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹尖端应变场的影响

钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。     

TD3钛合金离子渗氮层的摩擦磨损性能

采用等离子表面渗氮技术对TD3合金进行渗氮处理,并对渗氮层显微组织、相组成及硬度进行检测.对渗氮前后TD3合金分别进行常温(25℃)及600℃的摩擦磨损试验,分析摩擦温度对其摩擦因数、磨痕形貌及磨损率的影响;结果表明,离子渗氮处理后TD3合金表面形成一定厚度的氮化物层,氮化物层在降低摩擦因数的同时,显著降低了TD3合金...     

TA2钛合金真空感应碳氮共渗组织及耐磨损和耐腐蚀性能

通过真空感应碳氮共渗技术对纯钛合金(TA2)在900 ℃下进行表面改性处理,并研究了经过碳氮共渗处理后TA2钛合金表面强化层的组织结构、耐磨损及腐蚀性能。结果表明:经900 ℃碳氮共渗处理后,TA2钛合金表面生成了一层以C_0.3N_0.7Ti为主的复合层;表层的显微硬度高达2236 HV0.25,相较于未经碳氮共渗处理的试样提高了约4.4倍;碳氮共渗后试样表现出典型的氧化轻微磨损特征。在模拟体液(SBF)溶液中,碳氮共渗TA2钛合金试样的腐蚀电位向正移动,自腐蚀电流密度明显降低,耐蚀性提高。     

Tribological evaluation of diamond coating on pure titanium in comparison with plasma nitrided titanium and uncoated titanium

Titanium alloys are characterized by poor tribological properties, and the traditional use of titanium alloys has been restricted to nontribological applications. The deposition of a well adherent diamond coating is a promising way to solve this problem. In this study, the tribological properties of diamond-coated titanium were studied using a pin-on-disk tribometer, and the results were compared with those of pure titanium and plasma nitrided titanium. The tribological behavior of pure titanium was characterized by high coefficient of friction and rapid wear of materials. Plasma nitriding improved the wear resistance only under low normal load; however, this hardened layer was not efficient in improving the wear resistance and the friction properties under high normal load. Diamond coating on pure titanium improved the wear resistance of titanium significantly. Surface profilometry measurement indicated that little or no wear of the diamond coating occurred under the test conditions loads. The roughness of the diamond coating was critical because it controlled the amount of abrasive damage on the counterface. Reducing the surface roughness by polishing led to the reductions in both the friction and wear of the counterface.     

TA16和TA17钛合金在高温高压水中的腐蚀行为研究

研究了TA16和TA17钛合金在高温高压中性水质中的电化学行为、均匀腐蚀行为和应力腐蚀行为.结合SEM和XPS分析技术,分析了腐蚀后合金表面形貌和氧化膜的组成.研究结果表明:在高温高压中性水质中,两种钛合金具有很好的耐腐蚀性能,TA16钛合金的钝化性能、抗均匀腐蚀和抗应力腐蚀性能均优于TA17合金,腐蚀后两种钛合金表面生成了表层由TiO2组成、内层由TiO2、Ti2 O3和TiO组成的致密氧化膜.     

TA15钛合金碳钨元素激光表面合金化组织及耐磨性能

针对钛合金耐磨性差的问题,利用WC颗粒与TA15钛合金粉末混合采用激光表面合金化技术在TA15钛合金表面成功制得以溶入W元素的β-Ti为基体、初生及共晶TiC/(TiW)C为增强相的表面改性层。结果表明,改性层由于钨元素与碳元素的添加,显微硬度得到提高,耐磨性能提高了2～3倍。TiC/(TiW)C硬质增强相为提高改性层的耐磨损性发挥了重要作用。     

热处理对TA19钛合金组织和力学性能的影响

通过改变固溶温度、固溶后的冷却方式和时效温度,研究了热处理制度对TA19钛合金微观组织和力学性能的影响。研究表明,随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,使得伸长率和断面收缩率减小;而升高固溶温度使得β相中析出的细小次生α相增多,从而使室温抗拉强度增大。固溶处理后采用水冷时,由于从β相中析出大量细小弥散的次生α相,室温抗拉强度较大,但伸长率和断面收缩率较小。时效温度对微观组织和力学性能影响较小。     

医用锻造CoCrMo合金等离子氮化微观结构及摩擦性能分析

采用高压直流等离子体氮化技术,对医用锻造钴铬钼合金进行表面氮化处理,考察了氮化温度及时间对钴铬钼合金摩擦性能及润湿性能的影响。运用XRD衍射仪及场发射扫描电镜分析氮化层物相组成及表面微观形貌;显微硬度计和光学动/静态接触角仪测试合金表面显微硬度及接触角数值;利用球-盘摩擦实验在干摩擦条件下对氮化层的摩擦磨损性能进行测试。实验结果表明：钴铬钼合金试样经直流等离子体氮化处理后,氮化层厚度、表面粗糙度及显微硬度值显著增加,亲水性能及耐磨损性能得到明显改善。在较低的氮化温度及较短的氮化时间内,氮化试样物相主要由σ-CoCr相及CrN相组成;随着氮化温度及时间的增加,氮化试样物相中还检测到硬质化合物相Cr2N。同未处理试样相比,氮化试样的磨损率及磨痕宽度减小,氮化参数为800℃-8h时磨损率最低,磨痕宽度最窄,耐磨损性能最佳。未氮化试样磨损机制以粘着磨损为主;氮化试样主要以疲劳磨损、磨粒磨损及轻微粘着磨损为主。     

强韧化热处理对TA15钛合金组织和性能的影响

采用光学显微镜,扫描电镜和电子拉伸机等研究了TA15合金经两阶段强韧化退火热处理后的显微组织和性能。结果表明:采取两阶段的热处理工艺后,TA15合金的组织由约20%的初生等轴α,55%的片状α和β转变基体的组织组成;合金具有良好的塑性及较好的室温和高温强度,在975℃×1 h,WQ+850℃×2 h,AC的制度下,TA15合金的室温抗拉强度为1005 MPa,屈服强度为914 MPa,伸长率、冲击韧性分别为13%和72.2 J/cm^2。合金的冲击韧性I与次生片层α厚度t具有较好的线性关系I=26.504t+44.915,冲击断口形貌可以观察到大量的韧窝,表明合金的断裂机制以韧性断裂为主。随着第二重退火温度的升高,次生片层α厚度增加,韧窝逐渐变大,韧性增加。