钛及钛合金表面改性技术研究进展

钛及钛合金由于其具有良好的特殊性能,应用领域也越来越广泛。但由于钛合金耐磨性比较弱,存在一定的缺陷,这又会限制其进一步拓宽发展领域。为了解决钛及钛合金使用范围等问题,众多科学家进行了大量的研究。本文从钛及钛合金表面改性技术研究进展出发,阐述传统和先进的表面处理技术研究,以及其相应的未来展望。     

钛合金与不锈钢扩散连接研究现状

分析了钛及钛合金与不锈钢的物理化学性能的差异对连接接头性能的影响以及钛合金与不锈钢焊接接头的性能,综述了国内外钛及钛合金与不锈钢扩散连接的发展现状,展望了表面自纳米化技术在钛及钛合金与不锈钢扩散连接上的运用及发展。     

TC4固态渗碳化硼的试验研究

为改善钛及钛合金的表面性能,对TC4在不同温度条件下固态渗碳化硼后的渗层显微组织及硬度等情况进行了试验研究。结果表明,渗层表面为致密分布的化合物层,而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层;表面渗碳化硼处理可以显著提高TC4的表面硬度,而且由表及里具有良好的硬度梯度;断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂。该工艺设备简单、操作方便、效率高、成本低。     

TC4固态渗碳化硼的试验研究

为改善钛及钛合金的表面性能,对TC4在不同温度条件下固态渗碳化硼后的渗层显微组织及硬度等情况进行了试验研究。结果表明,渗层在表面为致密分布的化合物层,而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层;表面碳化硼处理可以显著提高TC4的表面硬度,而且由表及里具有良好的硬度梯度;断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂。     

医用钛合金的激光表面改性

钛及钛合金具有良好的耐蚀性、比强度、疲劳抗力及生物相容性，广泛应用于矫形外科和牙科植入体中。然而其表面硬度低、耐磨性差、生物惰性等是作为医用植入材料不容忽视的问题。通过激光表面改性处理，如激光表面合金化(LSA)、脉冲激光沉积(PLD)及激光表面熔敷陶瓷涂层等可以显著改善钛及钛合金的表面性能。在对此进行综述的同时，对其发展方向进行了探讨。     

纯钛表面等离子渗镍合金层的显微组织及摩擦学性能

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行表面渗镍处理,对渗镍后形成的合金层显微组织、物相组成及硬度进行了分析,并对其摩擦学性能进行了研究。结果表明:渗镍后在纯钛表面形成了与基体结合良好的钛-镍合金层,合金层主要由Ti2Ni、TiNi及钛相组成,厚约30μm,显微硬度约为570HV,合金层的干滑动摩擦磨损性能较纯钛基体的有很大提高。     

钛及钛合金粉末注射成形的研究进展

简要介绍了钛及钛合金粉末注射成形技术的特点和优势。从原料粉体、黏结剂体系、注射成形工艺、成形后的性能及微观结构等方面综述了钛及钛合金粉末注射成形的研究进展,提出了未来钛及钛合金粉末注射成形的研究方向。     

钛合金表面抗氧化技术的研究进展

综述了钛合金表面抗氧化技术的研究进展,对钛合金表面抗氧化涂层,包括TiAlN涂层、NiCrAlY涂层、TiAl(Cr)涂层和搪瓷涂层及其表面合金化处理技术,包括渗铝及多元共渗、双层辉光等离子表面冶金技术、激光表面合金化和离子注入等进行了详细介绍,并指出了钛合金表面抗氧化技术今后的发展方向。     

TC4钛合金表面渗锆层的显微组织与摩擦磨损性能

采用双层辉光等离子渗金属技术在TC4钛合金表面制备渗锆层,研究了渗锆层的显微组织、相组成以及摩擦磨损性能,并与TC4钛合金基体的摩擦磨损性能进行了对比。结果表明:TC4钛合金表面的渗锆层厚度约为10μm;渗锆层的组织连续、均匀、致密,与基体结合良好,锆含量由表层向基体内部呈梯度分布;渗锆层的摩擦因数和比磨损率约为TC4钛合金基体的45.9%和13.6%,摩擦磨损性能明显提高。     

钛合金的表面强化技术

钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高及良好的生物相容性等优点,被广泛应用于航空航天,船舶制造,生物医学等领域,但其硬度低,粘着磨损敏感,表面耐疲劳和耐磨损性能差等缺点使其应用受到限制。本文综合评述了表面强化技术在钛合金中的应用现状、存在的问题及研究进展。     

钛合金大进给铣削数控加工程序优化及应用

钛合金因其优越的比强度、机械性能和抗腐蚀性等优点而广泛应用于航空工业,但由于热导率低、弹性模量小、化学活性高等问题而导致其切削加工性差.介绍了大进给铣削技术这种高速高效的钛合金加工方法,分析了大进给数控加工程序编制带来的效率、品质和成本等方面的问题,提出了相应的加工程序优化方案,并在实际产品上进行了验证.     

钛合金阀门的应用及其选材

对常用钛及钛合金进行了综述,重点介绍了国内外钛合金阀门应用现状及部件选材,分析了钛阀应用中应注意的部分问题,并指出我国今后钛阀门的主要应用领域和发展前景。     

喷丸强化因素对钛合金固体粒子冲蚀抗力的影响

探讨了喷丸强化(SP)因素(残余压应力引入、表面粗糙度增大和表面加工硬化等)对Ti6Al4V钛合金固体粒子冲蚀(SPE)行为的影响和作用机制,为充分发挥SP改进航空发动机零部件服役性能的潜力提供依据。结果表明:Ti6Al4V合金表面直接喷丸处理,其SPE抗力无明显改变;SP处理后进行表面抛光,Ti6Al4V合金SPE抗力明显增加。SP造成的表面粗糙度增大导致了钛合金在大小冲击攻角下的SPE抗力的下降;SP引入的表面残余压应力对提高钛合金在90°大攻角下的SPE抗力起了重要作用,原因是SP残余压应力增加了裂纹闭合力和抑制了疲劳裂纹早期扩展;SP引起的表面加工硬化作用对提高钛合金在30°小攻角下的SPE抗力有重要贡献,这归于加工硬化提高了材料表面在小攻角下的微犁削抗力。     

钛合金壳体件数控加工工艺研究

钛合金材料导热系数小、弹性模量低、化学活性高的特点,给机械加工带来很大难题。本文结合钛合金加工领域的相关技术资料和实际工作经验对钛合金壳体工件在加工中心加工工艺进行研究,着重介绍壳体工件加工中铣削、钻孔、扩孔工艺的研究。为在该领域的工作人员提供一定帮助。     

钛合金钻削加工及其新发展

从钛合金自身的切削加工性能出发,系统介绍了钛合金的切削加工基本原则。阐述了传统钛合金在钻削加工中常出现的几点问题:钻头材料、钻头几何参数分析和冷却介质的选择。根据钛合金的导热率低、弹性模量低、硬度较低和化学活性强等特点合理地调整钻头材料的选择,对原有钻头几何参数进行优化,正确选取冷却介质。并介绍了当前钛合金切削加工技术的新发展。     

钛材上火焰喷焊Ni-WC耐磨涂层的组织和性能

研究了在钛合金Ti-6Al-4V表面上采用火焰喷焊技术制备镍基碳化钨型自熔性合金涂层的可行性,利用SEM、XRD等手段分析了它的组织和性能。结果表明：采用火焰喷焊技术在钛合金表面上获得了功能梯度涂层,Ni-WC涂层为韧基体＋硬质相的耐磨组织,涂层和过渡层之间形成了韧性镍基合金层,在涂层、过渡层和基体之间形成了牢固的冶金结合,涂层的组织和显微硬度沿层深方向呈连续性和渐变性,喷焊表层中WC起到了主要的抗磨作用,涂层磨损失重仅为未喷焊钛合金的1／10。     

钛粉末净化氮气及其应用

介绍和讨论利用粗颗粒钛粉末净化普通氮气及其在钛表面气体氮化工艺中的应用。     

基于ANSYS分析的钛合金电解辅助阳极设计

钛合金电解加工时,非加工部位易形成点蚀而影响表面质量。本文采用辅助阳极的方法,利用ANSYS有限元软件,通过电场分析和优化设计分析,对辅助阳极进行了形状和位置的设计。并用优化的辅助阳极对钛合金TC4进行了电化学试验。结果表明:采用白金材料制作的优化辅助阳极能彻底地消除非加工部位的点蚀,改善零件的表面质量,同时也验证了ANSYS优化结果的正确性及可靠性。