鈦表面硬化的目的是提高耐磨性，并消除在摩擦條件下工作的零件發(fā)生相互黏附的危險性。在硬度提高的同時，有可能耐蝕性能及疲勞強度也有所提高。這里首先關(guān)注表面硬度的提高,關(guān)注工藝本身及其對表面硬度提高的影響?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有一種基于氧化的復(fù)式處理法,它可在Ti-6Al-4V上生成性能最佳的硬化層。這種增強/擴散氧化處理(BDO)能生成一層厚的亞表面層,以加強薄的表面耐磨損熱氧化(TO)層。該工藝由www.nmware.com公司開發(fā),它類似于鋼的真空滲碳處理。將所需添加元素,這里為氧,以大的勢能形成一高濃度表面層,然后在真空下將其擴散進入基體。按照此要求進行處理,生成的硬化層為準確的C形,這種硬化層用普通擴散處理是不能生成的。TO處理形成了一薄層“金紅石”(與“八面石”形式相對)氧化鈦(TiO2)層,并還有一窄的氧擴散區(qū)。表面層有著好的耐摩擦性,但它需要更厚些的BDO低襯層支撐,以便承受更大應(yīng)力載荷。

 

鈦在高溫下會與氧,氮等氣體發(fā)生反應(yīng)，引起硬化，高溫下（800-900度）進行氮化處理，使其表面維氏硬度高達700以上；通過堆焊，在氬氣中同入適量的氮氣或者氧氣，使其表面硬度可以提高2—3倍；通過離子電鍍，使其表面生成一層氮化鈦，厚度在5微米左右，表面維氏硬度竟然高達16000—20000；鍍鉻等。此處理應(yīng)在一壓力保護氣氛的爐子中進行并很好地控制,它可方便地改變處理結(jié)束時的氣體成分,以生成均勻的無氣孔金紅石層。其結(jié)果類似于TO工藝處理。這樣它以一步方式進行了復(fù)式處理,更不需如BDO/TO組合處理那樣的三步,從而顯著節(jié)能。此工藝僅用完全惰性氣體———氬氣和氧氣,因而十分環(huán)保,無毒氣,不會引起全球溫室效應(yīng)。雖然工藝很好,但真空處理費用昂貴,且氧化/擴散二步處理中有明顯的控制問題。即使在真空中的擴散時間固定不變,第一步中形成氧化物含量的微小變化,也會引起其最后硬度分布的顯著不同。此工藝完全依賴于經(jīng)驗控制。另一方面,在氣體擴散過程中,例如,可由氧化鋯電極直接控制氧電勢,從而相對簡單地形成所需穩(wěn)定分布曲線形狀。因此發(fā)現(xiàn)了另一替代方法,它更類似于氣體滲碳處理,將加入元素,即氧,以氣體形式形成可控勢能源來控制處理過程。

 

鈦合金滲碳在表面上生成TiC相,具有非常髙的硬度。但是TiC層與基體的結(jié)合力很差，妨礙實際使用。鈦表面滲硼生成TiB2相，硬度也很高。據(jù)文獻報道，將酸洗后的鈦零件包埋在無定型硼粉和A1203粉各半的混合粉末（其中加有0.75%-1.0%的NH4F*HF)中，在1010度保溫1小時,即可生成TiB2層。在上述條件下,該涂層的厚度依合金不同而異，工業(yè)純鈦上生成的涂層厚度為25p,TC4鈦合金上形成厚度為20um，硬度在HV2800-3450的范圍。滲硼的溫度要求高,這使其應(yīng)用受到一定限制。如果先在鈦板上電鍍鐵，之后進行硼化，可以降低硼化溫度到870度,鍍層厚度可達40um，硬度可到HV2300。由于鈦也與氮反應(yīng),因此必須用氬氣作為載體。假如用氧/氮混合氣體(空氣)作為氧源,那在氧的擴散溫度(約850℃)就會形成足夠的氮化物它會減小氧的擴散。為了優(yōu)化氧擴散層的深度和分布,氧的濃度需足夠高,以產(chǎn)生最大擴散速率。但它不能高至形成一連續(xù)的表面氧化膜,據(jù)報道,它會阻擋擴散。