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采用固体渗硼法在Ti6A14V合金表面制备渗硼层的研究

张敏  
【摘要】:由于钛合金的比强度高、弹性模量低、耐热性和耐腐蚀性能好,成为航空航天工业中不可或缺的材料。但是,钛合金硬度低、耐磨性能差等不足限制了其在工业应用中的进一步发展。因此,通过表面改性来提高其耐磨性是钛合金应用中需重点解决的命题。 固体渗硼技术作为传统的表面改性手段,具有简单方便、易操作、所获渗层硬度高等特点。因此,本文采用固体渗硼技术,以主要成分为FeB的渗硼剂作为供硼源,研究在Ti6A14V表面获得渗硼改性层的性能。 固体渗硼的保温温度和时间是影响渗硼层性能的主要因素。因此试验选取在940℃和860℃的渗硼温度下,分别保温2h和4h的工艺方案。对不同工艺下所形成的渗硼层的厚度、组织、相结构和硬度进行分析。采用球-盘磨损试验机对比分析了Ti6A14V基体和不同工艺下所获得的改性层的摩擦学行为。利用CS350电化学测试系统对Ti6A14V基体和改性层在0.6mol/L的NaCl溶液中的腐蚀行为进行考察。通过以上的实验分析得出如下结果: 1、经过以上渗硼工艺处理后,钛合金表面形成了一定厚度的渗硼层。EDS分析表明,B元素的存在促使Ti6A14V表面的A1元素向内部迁移。X射线衍射分析表明,渗硼层由TiB和TiB2双相化合物组成。 2、渗硼温度为940℃的渗硼层表面有很多圆形颗粒,860℃的渗硼温度下所形成的渗硼层表面呈针状组织分布,而且排列紧密。经过2h保温处理后的渗硼组织的颗粒较4h的稍小,可能是由于随着保温时间的增大,颗粒也随之长大。钛合金表面的渗硼层硬度呈梯度下降,其表面硬度最高可达1885HK0.025. 3、渗硼温度为940℃时,不同渗硼时间下所得的渗硼层在稳定阶段的摩擦系数分别为0.24和0.22都较基体的0.38小,减摩效果好。渗硼温度为860℃,不同渗硼时间下所得渗硼层稳定阶段的摩擦系数分别为0.42和0.40都较基体的0.38大,没有起到减摩效果。 4、在加载2.5N,跑合100m的磨损试验中,经过磨痕形貌和磨痕轮廓的分析发现,基体的磨痕最宽最深,经过渗硼处理后的试样耐磨性明显提高。经过磨损体积的计算分析可得,基体的磨损体积分别为1#(940℃×2h)试样的568倍,2#(940℃×4h)试样的6倍,3#(860℃×2h)试样的2倍和4#(860℃×4h)试样的8倍。 5、在0.6mol/L的NaCl溶液中对基体和渗硼层的极化曲线进行测定。结果表明:基体的自腐蚀电流密度较不同工艺下所获渗硼层的小,说明基体的腐蚀速率最慢;2#(940℃×4h).3#(860℃×2h).4#(860℃×4h)试样的自腐蚀电位比基材的高,说明其在自腐蚀电位下不易被腐蚀。


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