无氢渗碳层对TC4钛合金力学性能的影响

TC4钛合金经过渗碳后,表面硬度提高了2.84倍。经过1,2,3 h处理后的带渗层、不带渗层(热处理)的样品抗拉强度、规定非比例延伸强度与原始样相当;3种热处理(即不带渗层)断后伸长率和断面收缩率优于原始样,带渗层样的断后伸长率和断面收缩率有较大下降,并随着时间的延长,断后伸长率和断面收缩率下降。带渗层样在拉断过程中,外表面渗层不断剥落,外表面布满环状裂纹,裂纹自根部向中间逐渐增加,根部为细小裂纹,愈向中间裂纹愈宽大;随着时间的延长,裂纹主要集中在断口附近,试样根部较少。热处理的TC4样品断口为塑性断裂,位错滑移在断裂过程中起重要作用;带渗层样品接近于外表面表现为脆性断裂特征,心部为塑性断裂。     

钛合金表面辉光无氢渗碳的研究

采用双层辉光无氢离子渗碳技术在本底真空为 5×10-3Pa 的情况下,用 99.999%的高纯氩气对 Ti-6Al-4V 钛合金进行无氢渗碳。检测结构为:渗碳层厚度大于 200μm;表面层有一层以 TiC 为主的沉积层;在渗层中有 TiC 相生成;渗层的近表面硬度为 7 000 MPa;与刚玉球的摩擦力矩大幅度降低。通过研究得出:钛材经过双辉离子无氢渗碳后,不仅提高了表面的硬度,同时降低了摩擦系数,因而使耐磨性能得到了提高。     

加弧辉光离子无氢渗碳对钛合金表面粗糙度的影响

利用加弧辉光离子渗镀技术对工业用Ti-6Al-4V钛合金进行离子无氢渗碳，在改善钛合金表面摩擦学性能的同时还有效地避免了其它有氢介质渗碳所产生的钛合金氢脆问题，是一种新的钛合金表面改性技术。本文主要介绍了加弧辉光离子无氢渗碳的原理，并着重研究了不同温度、不同靶距条件下钛合金表面粗糙度的变化情况。研究表明，高温加弧辉光离子无氢渗碳在一定程度上使得钛合金的表面粗糙度变差，其中渗碳温度和靶距的影响比较明显。     

钛表面无氢渗碳研究现状

综述了钛表面无氢渗碳法——固体渗碳法和辉光等离子无氢渗碳法的研究成果。固体渗碳法可在钛表面形成Ti C等耐磨相、提高表面硬度,但也存在诸多不足,如反应气氛不可控,伴有多种氧化物、氮化物,渗层有剥落,耐蚀性不佳。辉光等离子无氢渗碳可形成Ti C的梯度扩渗层,同时也可在表面形成一层碳膜,这种渗碳层既耐磨又减摩,可大幅降低摩擦系数、磨损率,在盐酸、硫酸等还原性酸中耐蚀性大幅提高。经过无氢渗碳技术处理的钛液压件、球阀、齿轮等已在耐磨耐蚀领域得到应用。     

加弧辉光离子无氢渗碳对钛合金表面粗糙度的影响

利用加弧辉光离子渗镀技术对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金进行离子无氢渗碳，在改善表面摩擦学性能的同时，还有效的避免了其它有氢介质渗碳所产生的钛合金氢脆问题，是一种新的钛合金表面改性技术。介绍了加弧辉光离子无氢渗碳的原理并着重研究了不同温度、不同靶距条件下钛合金表面粗糙度的变化。研究表明，高温加弧辉光离子无氢渗碳在一定程度上使得钛合金的表面粗糙度变差，其中渗碳温度和靶距的影响比较明显。     

钛表面无氢渗碳层耐蚀性能的研究

在复杂环境下,钛合金表现不仅需要具有良好的耐磨性能,同时还须具有耐酸介质的腐蚀能力。本文采用电化学和侵蚀等分析手段,研究了钛表面无氢渗碳试样在HCl溶液和H2SO4溶液中的电化学特性及侵泡腐蚀性能。研究表明：经过无氢渗碳处理的纯钛试样在HCl和H2SO4溶液中的耐蚀性能得到大幅提高。     

钛合金双层辉光放电离子无氢渗碳制备工艺研究

采用双层辉光离子无氢渗碳的方法对钛合金进行表面强化处理，提高了钛合金的表面强度，改善了其耐磨性；同时避免了氢脆的产生。研究表明钛合金Ti6A14V双辉离子无氢渗碳合理的工艺参数为：温度880℃~980℃；气压28~40Pa：工件与源极之间距离6～14mm；源极电压600V~800V；阴极电压260V~400V；保温时间2～5h。处理后在钛合金表面形成了高硬改性层，耐磨擦性显著提高。     

钛合金表面加弧辉光离子无氢渗碳耐蚀性能的研究

提出一种新的钛合金表面强化方法，利用加弧辉光离子无氢渗碳技术在钛合金表面形成渗碳层。该方法是在加弧辉光离子渗镀技术中引入由高纯石墨制成冷阴极电弧石墨靶，按冷阴极场致发射机制，源源不断地从电弧石墨靶上发射出高能量、高密度、高离化率、高速度的离子流，成功的在钛合金(Ti6Al4V)基材表面形成25—30μm厚的渗碳层，同时避免了氢元素对钛合金造成的氢脆问题。电化学腐蚀试验表明钛合金无氢渗碳后耐蚀性能得到提高，在0．5mol/L的稀硫酸腐蚀介质中，耐蚀性提高7倍多。渗碳后钛合金表面显微硬度达到936(HV)。其中，渗碳层相结构采用XRD进行检测。     

去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响

在井式空气炉内按GJB 3763A—2004标准的最高温度和最长保温时间对TC18和TC21钛合金进行了去应力退火,研究了空气炉去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响。结果表明:与去应力退火前相比,TC18钛合金经空气炉去应力退火后氢含量有所增加,而TC21钛合金氢含量反而降低。经去应力退火后,TC18和TC21钛合金的氢含量分别为0.0029%和0.0025%,远小于材料规范要求的氢含量(＜0.015%);随表层至中心(深度变化),氢含量未见明显的规律性变化,里层氢含量与表层氢含量相差不大。从吸氢量考虑,该两种钛合金均可采用空气炉进行消除应力热处理。     

钛合金双层辉光放电离子无氢渗碳制备工艺研究

采用双层辉光离子无氢渗碳的方法对钛合金进行表面强化处理,提高了钛合金的表面强度,改善了其耐磨性;同时避免了氢脆的产生.研究表明钛合金Ti6Al4V双辉离子无氢渗碳合理的工艺参数为温度880℃～980℃;气压28～40Pa;工件与源极之间距离6～14mm;源极电压600V～800V阴极电压260V～400V;保温时间2～5 h.处理后在钛合金表面形成了高硬改性层,耐磨擦性显著提高.     

钛合金齿轮的表面处理与应用

主要介绍了钛合金齿轮在制造过程中关键的表面处理技术,结合钛合金齿轮在运行过程中的受力特征及钛合金表面无氢渗碳层的结构特点,在其表面制备出TiC+Ti扩散层,不仅提高了齿面的耐磨性能,而且也提高了齿面抗冲击载荷的能力。通过无氢渗碳、热处理及机械加工工序的有效协调,制造出的钛合金齿轮耐磨性能优良、抗冲击振动性能良好、噪声低,已经平稳运行16年。     

含缺口TC21钛合金腐蚀疲劳性能分析

研究了TC21钛合金缺口试样在两种腐蚀环境（油箱积水、3.5%NaCl水溶液）与室温空气环境下的疲劳性能与断裂机理。并与光滑试样在室温空气环境下疲劳性能进行对比。结果表明,室温空气环境下,当两种试样疲劳寿命均达到5×105次循环时,缺口试样的循环应力值较光滑试样下降了52.7%;相同环境下随着应力水平降低,试样疲劳寿命增加;相同应力条件下,3.5% NaCl水溶液环境下试样疲劳寿命最低,油箱积水环境下次之,室温空气中TC21钛合金试样疲劳寿命最高;当应力较低时,差异更为显著。在腐蚀环境下,溶液中离子与金属原子发生电化学反应,加速了裂纹的萌生与扩展,3.5% NaCl水溶液中离子浓度较大,电化学反应更为剧烈     

TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究

利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiAlN涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪（XPS）对TiAlN涂层性能进行了分析,研究了基体和镀膜的耐磨性。结果表明,TiAlN涂层显著改善了钛合金的粘着磨损性及高温抗氧化性,在空气中650℃静态氧化100h后,TiAlN涂层依然保持良好的状态和抗磨损性能。     

TC4钛合金表面沉积TiCN涂层及其耐磨耐腐蚀性能研究

目的提高TC4钛合金的耐磨耐蚀性能。方法采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了TiCN涂层。通过XRD表征了涂层的物相组成,并通过SEM表征了涂层的微观形貌。利用声发射划痕仪研究了涂层与基体的结合力,摩擦磨损试验机用于研究TiCN涂层的摩擦磨损性能。用电化学工作站在3.5%NaCl溶液中进行电化学实验。结果所沉积涂层均匀致密,无明显缺陷,涂层由外层厚度约为8μm的TiCN沉积层和其下约4μm厚的过渡层组成。TiCN涂层与TC4基体的结合强度比较高,其结合力达到66.4 N。室温条件下法向载荷相同时,TiCN涂层的磨痕宽度远小于TC4钛合金基体的磨痕宽度。TiCN涂层的比磨损率为(1～2)×10-5 mm~3/(N·m),TC4钛合金的比磨损率为(2～4)×10~(-4) mm~3/(N·m),TiCN涂层的比磨损率较TC4钛合金降低了1个数量级以上,并且对载荷的变化不敏感。TiCN涂层与TC4钛合金基体比较,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,涂层的腐蚀电流密度为1.57×10-9 A/cm~2,TC4钛合金的腐蚀电流密度为1.35×10-8 A/cm~2,涂层的腐蚀电流密度较钛合金基体小1个数量级。TiCN涂层的EIS阻抗谱容抗弧值也较大。结论双阴极等离子溅射沉积TiCN涂层可以有效提高TC4钛合金的耐磨耐腐蚀性能。     

TC4钛合金铜镀层的性能*

传统的氰化物镀铜工艺会对环境造成极大的危害,钛合金无氰镀铜技术具有较高的研究价值。采用无氰化物硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面制备铜镀层,利用扫描电子显微镜和能谱仪对其镀层形貌、成分、结合力、磨损形貌进行分析,并利用电化学方法和摩擦磨损试验研究其抗蚀性与耐磨性。结果表明:无氰化物镀铜技术在TC4钛合金表面电镀铜可获得表面均匀致密,结合力良好的镀层;TC4钛合金表面电镀铜后,摩擦因数由0.520降至0.381,可见钛合金表面铜镀层通过减摩作用能有效的改善和提高其耐摩擦磨损性能。TC4钛合金镀铜和未镀铜表面均存在钝化区,两者维钝电流密度分别为1×10-2 A/cm2和4×10-5 A/cm2,均有较好的抗腐蚀性能,TC4钛合金镀铜后的表面抗腐蚀性能较基体有所降低。     

钛合金表面微弧氧化膜层磨损性能研究

采用微弧氧化技术,以硅酸钠、磷酸钠溶液为电解液,在TC4钛合金表面制备出高硬度、高耐磨的微弧氧化膜层。用扫描电镜观测了膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行了耐磨损和摩擦学性能实验。结果表明,膜层由过渡层、致密层和疏松层3层组成。其相组成主相为Al2TiO5,其次为Al2SiO5,并含有少量无定型SiO2。膜层的维氏硬度为8470MPa,是基体硬度的2倍多。采用45#钢作对磨副,载荷为5kg,磨损时间20min条件下,膜层的失重为0.25mg,仅为基体的8%左右。     

TC4钛合金表面激光合金化Ti-Al-Nb涂层的研究

以钛铝铌单质元素球磨混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Al-Nb合金涂层。分析了涂层的物相组成、组织形貌及成分、显微硬度,并利用YG6球对磨来测试涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=1.8 k W,扫描速度V=5 mm/s,光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由Ti_3Al、AlNb_2、α-Ti 3种物相组成;Ti-Al-Nb涂层的显微硬度值沿层深方向呈平缓的梯度分布,平均硬度(HV)为5970 MPa,比TC4基体(3600 MPa)提高了66%;涂层平均摩擦系数为0.33,比TC4钛合金(0.45)降低了27%;涂层的磨损体积为0.044 mm3,耐磨性是钛合金基体(0.130 mm~3)的2.95倍。     

激光快速成形TC21钛合金沉积态组织研究

分别采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和显微硬度等测试手段，研究了激光快速成形高强高韧损伤容限型TC21钛合金的沉积态组织。结果表明：TC21沉积态有着粗大的沿沉积高度方向外延生长的原始声柱状晶，仅最后一层熔覆层顶部为较细小的声等轴晶。宏观上存在明暗两个组织区域，明区为针状马氏体区，位于最后十几层熔覆层，暗区为网篮组织区。结合成形过程传热和组织转变理论分析认为，网篮组织是由明区的初始快冷凝固的马氏体在成形过程中，经受再热循环的固溶时效作用转变而来。随着激光功率的增大，原始声柱状晶将粗化，暗区网篮组织中片状口亦将长大；明区硬度基本不变，暗区硬度略有下降。