鈦合金表面輝光等離子無氫滲碳層性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有高的比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),是一種新興的結(jié)構(gòu)材料,己在航空航天、艦船、兵器、化工、醫(yī)療、海洋等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用,是但鈦及鈦合金的普遍缺點(diǎn)是表面硬度低、易發(fā)生粘著磨損,影響了鈦合金構(gòu)件的安全性和可靠性,限制了它的進(jìn)一步的應(yīng)用。
　　碳與鈦形成的碳化鈦硬度高、摩擦系數(shù)低,生成為擴(kuò)滲層也能滿足重承載需求。固體滲碳等傳統(tǒng)技術(shù)用于提高鋼鐵材料的表面強(qiáng)度,但不適合于鈦合金的處理;常用的氣體滲碳等工藝在滲碳的同時(shí)氫元素滲入到

2、鈦基體中,存在氫脆隱患。
　　本文利用雙層輝光等離子冶金原理,以高純石墨作為源極,氬氣為工作氣體,對TC4鈦合金進(jìn)行無氫滲碳,在TC4鈦合金表面形成一定厚度的滲碳改性層。利用XRD、SEM、EDS等對滲碳層的物相、顯微組織、顯微硬度、耐磨性及力學(xué)性能進(jìn)行研究,得出如下結(jié)論:
　　1、TC4鈦合金經(jīng)過滲碳后,滲層由外表層、滲碳層和擴(kuò)滲層組成。滲層主要是TiC相,未發(fā)現(xiàn)氫化物和含氫相。隨著滲碳時(shí)間的延長,TiC衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng),T

3、i峰減弱,最終沒有Ti峰,但出現(xiàn)了C相。隨著滲碳時(shí)間延長而出現(xiàn)外表層,外表層呈疏松態(tài),主成分是C,出現(xiàn)了Ti、Al、V元素,外表層的存在阻礙碳向鈦基體的滲入。碳在鈦中的擴(kuò)散通道主要是晶界,滲入的C以 TiC化合物態(tài)存在。滲層硬度呈梯度變化,硬度變化曲線能夠反映滲層中碳含量的變化。
　　2、滲碳后的磨損量是滲碳前的2％~7%;滲碳后的摩擦系數(shù)約為滲碳前的50%~60%。經(jīng)球盤磨損,TC4鈦合金磨損嚴(yán)重,滲碳面只有輕微的擦痕、無磨損,

4、表明滲碳后可降低磨損率,改善摩擦性,提高TC4鈦合金的耐磨性。
　　3、經(jīng)過1 h、2 h、3 h處理后的樣品抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度與原始樣相當(dāng);3種熱處理(即不帶滲層)斷后伸長率和斷面收縮率優(yōu)于原始樣,帶滲層樣的斷后伸長率和斷面收縮率有較大下降,并隨著時(shí)間的延長,斷后伸長率和斷面收縮率而下降。帶滲層樣在拉斷過程中,外表面滲層不斷剝落,外表面布滿環(huán)狀裂紋,裂紋自根部向中間逐漸增加,根部為細(xì)小裂紋,愈向中間裂紋愈寬大;隨著時(shí)間