氧化钇对TC4钛合金表面包埋渗硼的影响

目的 加快TC4钛合金表面固体渗硼时渗层的生长,研究渗剂中添加Y2O3对渗硼的影响。方法 采用固体粉末包埋渗法对TC4基材进行1 050 ℃/8 h渗硼,包括渗剂中不添加Y2O3以及渗剂中分别添加质量分数为1%、3%、5%、7%Y2O3的试验研究。通过扫描电子显微镜、能谱仪、波谱仪和X射线衍射仪分析渗硼样品的截面形貌、元素含量和表面物相,并测量渗硼样品的表面硬度和摩擦系数。结果 在渗剂中加入1%~7%的Y2O3,渗硼层结构与未添加氧化钇渗剂形成的相同,由致密连续的TiB2层和TiB晶须扩散层组成。Y2O3促进渗层生长的作用与其添加量密切相关。渗剂中加入1%~3%的Y2O3有促进渗硼层生长的作用,且加入3%的Y2O3时,催渗效果最佳,可使渗硼层厚度增加40.24%,但加入5%~7%的Y2O3时反而会抑制渗硼层的生长。能谱分析表明,Y原子能够扩散到渗硼层内,且渗硼层中存在原子数分数为0.01%~0.34%的微量Y元素,其随渗剂中Y2O3含量的增加而增加。热力学分析发现,Y2O3参与渗剂反应形成活性Y原子而渗入基体。向渗硼试剂中加入3%的Y2O3,样品的表面硬度较未添加Y2O3时提高35.54%,摩擦系数较未添加Y2O3时降低28.57%。结论 向渗硼试剂中加入适量氧化钇,是获得TC4合金表面高渗速、高硬度和低摩擦系数渗硼层的一种有效方法。