钛合金双层辉光无氢渗碳.pdf

钛合金双层辉光无氢渗碳 张高会， 张平则， 潘俊德， 徐重 （太原理工大学表面工程研究所， 太原“） 摘要采用双层辉光离子无氢渗碳方法进行钛合金表面处理。结果表明， 合金表面形成了含 “， ， “ 和 范围内， 图 钛合金与其它金属比强度比较 9A“BC D E“EC“F9 “CEGCB“EH E EIGA 9GEB 其比强度在金属材料中最高。在适当的氧化性环境 中其表面形成薄而坚固的氧化物薄膜， 具有优异的 耐腐蚀性能。此外， 钛及钛合金还具有非磁性、 线膨 胀系数小等特点。钛及其合金首先成为重要的航空 航天结构材料， 如飞机的发动机、 机身、 起落架等。 随后又推广应用到航海业、 汽车交通行业、 化学工业 等领域， 并得到迅速发展。如舰船上使用的耐压艇 体、 结构件、 浮力系统球体等， 化学工业中的各种耐 腐蚀阀门、 导管等。医疗卫生业利用钛合金对人体 体液良好的耐蚀性、 无毒及其与肌肉组织亲和力好 的特性制造各种医用材料， 如人造关节、 假肢等。体 育方面已经使用的有钛合金网球拍、 羽毛球拍， 高尔 夫球头等 ［ 4 ］ ， 并且其用量正迅速增长。钛工业的 发展水平在一定程度上是衡量一个国家航空航天、 汽车工业等发展水平的标准之一。 钛及钛合金虽有密度小比强度高的优点， 但存 在耐磨性相对较差的弱点。钛是高活性金属元素， 与元素周期表中的大多数元素都能发生一定的作 用。其中碳、 氧、 氮、 氢等对钛及钛合金的性能影响 很大， 这些元素可使钛及钛合金的强度提高、 塑性下 降， 甚至使断裂韧性、 低温韧性、 疲劳性能、 耐蚀性、 冷成型性和可焊性等变坏， 尤其是氢元素。从钛J氢 系二元相图可见， 氢在钛中的最大固溶度为 1/*K， 在“钛中的最大固溶度为 */0K。 氢可降低 钛的““的相变点， 是一种间隙型稳定元素， 对钛及钛合金性能的影响主要表现为氢脆。氢脆类 型有氢化物型氢脆、 应力感生氢化物型氢脆、 可逆氢 脆。要减少钛及钛合金的氢脆， 主要措施就是减少 氢的含量 ［］ 。双层辉光离子无氢渗碳是为降低钛 及钛合金表面摩擦系数提高耐磨性， 同时避免由于 在渗碳过程中使用含氢的渗碳气体如甲烷、 丙烷等 增加钛及钛合金中氢含量造成氢脆而采用的钛合金 渗碳方法。 1实验方法 双层辉光离子渗金属技术在多个国家获得专利 权， 是在离子氮化基础上发明的具有国际领先水平 的金属材料表面处理新方法。其基本原理是在真空 容器内设置阳极、 阴极 （工件） 以及由欲渗元素组成 的源极， 阳极和阴极之间设置一个可调直流电源， 该 偏压既可以净化工件表面， 又可活化工件表面提高 第 -. 卷第 期 1 * * 年 1 月 有色金属 7CDGAAFB LGEB 4 -5 198-A-. 试验材料为 B-CD， 制成44 E ’44 的薄 圆片， 经清洗、 水砂纸 （从 左右， 比渗碳前提高了近 ; 倍。表面硬度提高的主 要原因是在渗层内部形成了含有高硬度 8“A 和游 离 A 在内的合金层， 这两种成分在摩擦中一个起耐 磨作用， 另一个起到减磨作用。如表 所示， 渗碳层 内硬度随距表面的距离成不等梯度的下降关系， 主 要是由碳元素在钛合金中扩散所决定的， 表面碳浓 度高， 越向基体碳浓度越低， 完全符合扩散的基本理 论。渗碳层的其他性能特性还有待于进一步研究。 表 硬度与距表面距离的关系 8,26/ A,./0 4 B“’*,-./00 C“1 -“01,.’/ 1 034,’/ 距边界距离 DB 硬度 EF GHEG;9 I9JI;IHE JHI9EGI EHJI; IJ;IE E;EJ;E E;IG;J9 HHEIEHH;H ;结论 钛合金双层辉光离子无氢渗碳可在表面形成含 有 8“A 和 A 的复合层， 复合层硬度达到 ， 是 原来材料近 ; 倍， 同时避免了氢脆现象的发生， 是有 效可行的钛合金表面处理方法。钛合金渗碳层的其 他性质还有待进一步的深层次研究。 参考文献 ［］K67’/ ，，GH F G ［E］稀有金属材料加工手册编写组 稀有金属材料加工手册 ［EE F EH ［H］施立群，周筑颖，赵国庆 8“* ［;］P7.“. Q 08-’A’.，，B-62A; 8/ 034,’/ 1/,1B/.1 4 1“1,.“3B ,6670 “0 ’.-3’1/- 27 1/ ./C ’,23“5“. B/1- 4 -326/ 6,7/ 6C R6,0B, ’,23“5“. C“131 7-/.T 8/ /03610 0C 1,1 1/ ’BR0“1/ ’.0“01/- 4 8“A，A，8“6 ,.- ，; 1“B/0 4 1/ 2,0/ ,667 Q1 “0 RU/. 1,1 1/ -326/ 6,7/ 6C R6,0B, ’,23“5“. C“131 7-/. “0 ,RR6“’,26/ 1 034,’/ 1/,1B/.1 4 1“1,.“3B ,6670 B.06343.-,1“. 4 B,1/“,6 0’“/.’/；1“1,.“3B ,6670；’,23“5“.；-326/ 6,7/ 6C R6,0B, ’,23“5* “. C“131 7-/.；1“1,.“3B 9 有色金属第 9 卷 万方数据