如何提高鈦合金的硬度和耐磨性_www.nmware.com

鈦合金表面處理技術(shù)。從以熱滲擴(kuò)、電鍍、真空鍍膜等為代表的傳統(tǒng)表面強(qiáng)化、耐磨處理技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)階段以等離子滲、離子束、電子束、激光束的應(yīng)用為標(biāo)志的現(xiàn)代表面處理技術(shù)，如表面氮化（氣體氮化、等離子氮化）、表面滲元素合金化、激光熔覆等。目前，鈦及鈦合金表面強(qiáng)化技術(shù)正朝著多種表面技術(shù)綜合應(yīng)用以及多層復(fù)合膜層的研究制備方向發(fā)展。

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(shí)際使用。溫度過高會(huì)使碳化鈦晶粒長大速度加快：1.燒結(jié)溫度。碳化鈦高錳鋼結(jié)硬質(zhì)合金的最終燒結(jié)溫度一般取1420℃較合適。燒結(jié)溫度不宜過高。甚至使粘結(jié)相變成液相金屬流失，從而使硬質(zhì)相發(fā)生鄰接、聚集并長大，形成碎裂源。這就是前面分析的硬質(zhì)相晶粒之間的粘結(jié)相變少的原因。當(dāng)然燒結(jié)溫度也不能過低，否則會(huì)使合金欠燒。特別是脫膠、還原和液相燒結(jié)的3個(gè)階段中，2.燒結(jié)時(shí)的升溫速度。此類合金燒結(jié)時(shí)升溫加熱速度不宜快。要嚴(yán)格控制升溫速度和保溫時(shí)間。因?yàn)樵诘蜏孛撃z階段，壓坯釋放壓制應(yīng)力和成形劑揮發(fā)的過程，若升溫速度快，則因成形劑來不及揮發(fā)而液化后變成蒸汽，使壓坯發(fā)生爆裂或微裂現(xiàn)象；900℃以上的還原階段，要讓壓坯有足夠的時(shí)間脫去所用原料粉末(如Mn2Fe中間合金)中的揮發(fā)物和氧；進(jìn)入液相燒結(jié)階段時(shí)，也要放慢升溫速度才干使壓坯充分合金化。

鈦在高溫下會(huì)與氧,氮等氣體發(fā)生反應(yīng)，引起硬化，高溫下（800-900度）進(jìn)行氮化處理，使其表面維氏硬度高達(dá)700以上；通過堆焊，在氬氣中同入適量的氮?dú)饣蛘哐鯕猓蛊浔砻嬗捕瓤梢蕴岣?—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(dá)16000—20000；鍍鉻等。在滲氮時(shí)可能形成各種不同的區(qū)，如果氧含量不髙，形成由氮化鈦組成的外區(qū)，具有金黃色并且硬度為14000-17000MPa，可是這種氮化鈦層很傅因較低的氮化溫度時(shí)或者繼而進(jìn)行髙溫加熱(退火）時(shí)，氮就完全溶解到金屬表面的鈦固溶體里去了，激化鈦層不再增加或者在某個(gè)熱處理工序中消失因此，在發(fā)現(xiàn)氮化鈦層時(shí)鈦固溶體層巳經(jīng)溶解到氮中去了這層也具有高的硬度，但是芯部硬度降低。在采用氨氣進(jìn)行滲氮時(shí)，由于滲透氫的作用而出現(xiàn)附加的組織變化。氮化鈦堅(jiān)硬而導(dǎo)電氮化鈦的生成熱超過所有的氧化鈦。因此也必須注意，要在完全脫除氧的條件下進(jìn)行滲氮處理。www.nmware.com鈦同氮隨著時(shí)間按照拋物線規(guī)律進(jìn)行表面反應(yīng)。因此,滲氮速度隨著滲氮時(shí)間的增加而減低。因?yàn)榈谕獾亴又械臄U(kuò)散速度小于下面的鈦固溶液體區(qū)的擴(kuò)散速度，而不可能形成厚氮化層，氮或氨必須具有較髙的純度。因?yàn)檠醪粌H妨礙氮化層的形成，而且還能在較髙溫度條件下引起表面層除去氧化皮，水分的含量（濕度）必須最少達(dá)到這樣的程度，即使之達(dá)到的熔點(diǎn)。

鈦表面滲硼生成TiB2相，硬度也很高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(shí),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(jìn)行硼化，可以降低硼化溫度到870度,鍍層厚度可達(dá)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(kuò)散溫度(約850℃)就會(huì)形成足夠的氮化物它會(huì)減小氧的擴(kuò)散。為了優(yōu)化氧擴(kuò)散層的深度和分布,氧的濃度需足夠高,以產(chǎn)生最大擴(kuò)散速率。但它不能高至形成一連續(xù)的表面氧化膜,據(jù)報(bào)道,它會(huì)阻擋擴(kuò)散。

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(xiǎn)性。在硬度提高的同時(shí)，有可能耐蝕性能及疲勞強(qiáng)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(duì)表面硬度提高的影響。表面硬化應(yīng)在一壓力保護(hù)氣氛的爐子中進(jìn)行并很好地控制,它可方便地改變處理結(jié)束時(shí)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(jìn)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———?dú)鍤夂脱鯕?因而十分環(huán)保,無毒氣,不會(huì)引起全球溫室效應(yīng)。雖然工藝很好,但真空處理費(fèi)用昂貴,且氧化/擴(kuò)散二步處理中有明顯的控制問題。即使在真空中的擴(kuò)散時(shí)間固定不變,第一步中形成氧化物含量的微小變化,也會(huì)引起其最后硬度分布的顯著不同。