ti6al4v合金及纯钛双辉等离子渗nb工艺及改性层性能研究

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1、太原珥一!人学硕十研究生学位论文Ti6～4v合金及纯钛双辉等离子渗Nb工艺及改性层性能研究摘要钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强等优异特性，是广泛应用于航空航天、航海、电子、化工、民用品等领域的先进结构材料。然而，它们的弱点也很突出，如耐磨性差，高温抗氧化性不足，某些条件下会燃烧形成“钛火”等。表面改性处理是解决这些问题的可行途、径，因此钛合金表面改性近年来成为材料科学热点领域之一。目前已有众多的表面改性技术在钛合金上得到应用。其中多数为各类涂层或薄膜技术，形成的改性层普遍存在与基体结合强度差的问题，在实际应用条件下，特别是疲劳载

2、荷存在时，易于剥落而失效。双层辉光等离子表面合金化技术在钛合金表面处理上充分显示出其优越性，可以形成具有梯度成分分布特征的扩散层，并与基体冶金结合；与传统的固体粉末渗金属泫相比还具有成分可控性强，效率高等优点。钛合金中加入铌可以提高耐蚀性和抗氧化性，现有的Ti．45Nb合金就具有良好的耐蚀性和阻燃特性。本研究昌在探索利用Nb合金化对钛及钛合金表面改性的新途径。采用双层辉光离子渗金属技术在钛及钛合金表面进行渗铌处理，形成与Ti．45Nb成分近似的表面合金层，以改善其耐蚀性和抗氧化性能。结合渗碳复合处理，还可提高表面硬度，改善耐磨性。

3、系统研究了各工艺参数对合金层形成的影响，得出l水原理-I‘大学硕士研究生学位论文了优化的工艺参数为：源极电压600V-500V、阴极电压400V-200V、气压65Pa、极间距16ram、温度9509C～1000。C、保温时间4h、预轰击时间30．60min。采用x射线衍射仪和辉光放电光谱仪分析了渗层相组成及成分分布；考察了Ti．Nb合金层的高温抗氧化性能和腐蚀性能及渗碳复合处理后的摩擦学性能。结果表明，渗层Nb元素呈梯度分布；渗层相组成主要为Nb在n—Ti和B．Ti中形成的固溶体组成；试样表面硬度显著提高。氧化实验表明在700。

4、C、800。C、900。C，Ti．Nb合金层较基体高温抗氧化性能明显提高；在Na2S04熔盐中Ti—Nb合金层抗热腐蚀性能优于基体材料。酸溶液和NaCI溶液中浸泡试验及电化学腐蚀实验均表明渗Nb后耐蚀性有不同程度的提高。球一盘磨损实验表明Ti．Nb合金层、Ti—Nb—C合金层摩擦系数降低，耐磨性提高。关键词：钛及钛合金，双层辉光，高温氧化性能，腐蚀，摩擦磨损盔堕堡．1：盔堂堡±塑塑生堂笪堕壅STUDY0NPROCESSINGANDSURFACEPROPERTIES0FPLASMASURFACENIOBIUMALLOYING0NT1

5、6AL4VANDPURET111ANIUMABSTRACTTitaniumanditsalloysareadvancedstructuralmaterialswithhighspecificstrengthandsuperbcorrosionresistance．Theyarewidelyusedinfieldsofaviation，navigation，electronicindustry,chemicalengineeringandciviliangoods．However,thedeficienciesoftitaniuma

6、reobviousaswell，suchasinsufficientwearresistance，severeoxidationathightemperatureandburningundercertaincriticalconditions．Surfacemodificationisafeasiblesolutiontothoseproblems，andtherefore，ithasbecomethefocusofintensivestudies．Currently,varioussurfacetechnologiesareem

7、ployedtoimprovesurfacepropertiesoftitaniumalloys，majorityofthemarecoatingtechnologies．Aprominentweaknessofcoatingisthelowbondstrengthwithsubstrate，whichisoftenthereasonofearlyfailureascrackingorpeel—offoccurs，especiallywhenimpactorfatigueloadingarepresent．Themodificat

8、ionlayerpreparedwithdoubleglowplasmasurfacealloyingprocessissuperiortocoatings’TT太原理一l：人学硕士{iJl=究生学位论文sinceitisadiffusionlay