TB8钛合金真空渗氮层的组织及耐腐蚀性能

目前,对TB8钛合金的研究主要集中在热处理工艺及机加工方面,对其表面改性尤其是耐蚀性研究不多。为了提高TB8钛合金的腐蚀性能,对其进行真空渗氮。利用XRD、SEM、失重法及电化学测试等方法,考察了渗氮层的组织和耐腐蚀性能。结果表明:TB8钛合金经真空渗氮后表面物相主要有Ti N、Ti3Al N和Al3Ti,改性层的厚度为60~70μm。在氢氟酸和硝酸中进行加速腐蚀,其腐蚀速率仅为基体的1/175,表面膜层未出现明显的腐蚀坑,腐蚀电流降低3个数量级,自腐蚀电位由基体的-0.651 1 V提高到0.107 8 V,耐腐蚀性能得到了明显提高。     

TC4钛合金低压真空氮化改性层的制备与性能

采用低压真空渗氮的方法,在TC4钛合金表面制备了与基体结合良好的改性层.通过金相观察、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了表面改性层的组织结构,并对改性层的显微硬度及耐磨性进了测试.结果表明:TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,表面可获得由TiN和Ti2 AlN组成的氮化物改性层,组织均匀致密,氮化物颗粒细小,硬化层与基体结合良好,表面硬度为1100～1200HV,心部硬度为300～320HV,硬化层深度可达60～70μm,硬度梯度平缓,耐磨性优良.     

近β钛合金TLM表面双层辉光等离子渗氮及其腐蚀性能研究

为改善生物医用钛合金的表面性能及植入人体后的耐腐蚀性能,利用双层辉光等离子技术在近β钛合金TLM表面进行渗氮处理。通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、电子显微镜及电化学工作站研究渗氮后TLM钛合金的截面金相、相结构、显微硬度及表面改性前后TLM钛合金在人工模拟体液(hank's溶液)中的电化学腐蚀性能。结果表明:近β型钛合金TLM表面渗氮处理后,可得到一层致密、均匀的改性层,厚度约4~5μm。其主要成分为Ti_2N和Ti-cubic,显微硬度由(238±10)提升至(874±10)HV;电化学腐蚀实验中渗氮改性层的E_(corr)从-0.5923上升至-0.4904 V,I_(corr)由3.653×10~(-7)降低至8.742×10~(-8)/cm~2,交流阻抗值显著增大,表明TLM钛合金表面渗氮改性处理可以提升其在人工模拟体液中的耐腐蚀性能。     

TC4钛合金低压真空渗氮处理

为了改善表面性能,对TC4钛合金在不同温度下进行低压真空渗氮处理。采用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了渗氮层的组织结构,测试了渗氮层的显微硬度和耐磨性。结果表明,TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,可获得由表层Ti N和次表层Ti2Al N组成的改性层。温度较低时,表面形成氮化物数量较少,渗层较薄,硬度较低。随温度升高,氮化物数量增多,渗层厚度增加,硬度及耐磨性也随之增加,温度达820℃时,表面硬度可达1000~1100 HV,硬化层深度为50~60μm。温度继续增加,氮化物聚集长大,渗氮层开始变得疏松,硬度及耐磨性下降。     

化学热处理改善Ti-6Al-4V钛合金耐空蚀性能的研究

利用渗氮、渗碳和碳氮共渗3种化学热处理方法对Ti-6Al-4V钛合金表面进行改性,制备出3种不同成分的硬质表面层。利用SEM、XRD和Vickers显微硬度仪分别对3种表面层的微观形貌和结构、化学组成、显微硬度进行了表征,并利用磁致伸缩振动空蚀设备研究了表面层的耐空蚀性能。结果表明通过3种化学热处理均在Ti-6Al-4V钛合金表面形成了致密的硬质陶瓷层。该硬质陶瓷层在空蚀过程中可以抑制裂纹在表面过早的形成和向基体扩展,从而延长了空蚀的孕育期和显著地改善了钛合金的耐空蚀性能。     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

钛合金过渡层对燃料电池不锈钢双极板表面改性薄膜综合性能的影响北大核心CSCD

针对在燃料电池不锈钢双极板电堆上应用的Cr0. 23C0. 77非晶改性薄膜使用寿命低的问题,仍然采用脉冲偏压电弧离子镀技术,在Cr0. 23C0. 77薄膜与316L不锈钢基体之间增加制备一层耐点蚀钛合金过渡层,考察过渡层对改性薄膜表面综合性能的影响。首先在316L不锈钢基体上选择TA1、TA9、TA10和Ti35四种工业钛合金分别进行预选过渡层材料的沉积制备,对所得样品进行耐蚀性能的对比检测,结果显示,在模拟电池阴极环境下,四种样品中Ti35材料的耐蚀性能最优,可确定为过渡层的首选材料;之后再在不锈钢双极板样品上制备有Ti35过渡层的316L/Ti35/Cr0. 23C0. 77复合薄膜,与只有Cr0. 23C0. 77单层薄膜的样品一起进行表面综合性能的对比测试,结果表明,添加Ti35钛合金过渡层后,双极板在保持原有导电性能的接触电阻为3. 0 mΩ·cm2(0. 6 MPa下)左右和水接触角大于100°的疏水性能的基础上,耐蚀性能得到了明显的改善,在模拟阴极环境的动电位腐蚀测量条件下,腐蚀曲线中出现了一个明显的平台钝化区,从-0. 3～0. 9 V较宽的电位范围内腐蚀电流一直保持低于10-6A·cm-2水平,并且破钝电位高达1. 0 V以上。这将有利于提高双极板的表面防护性能和使用寿命。     

钛合金化学镀镍层结合力影响因素探讨

钛合金化学镀镍层结合力的大小直接影响到镀件的使用寿命,镀层的结合力受到众多因素的影响.主要研究了浸蚀活化、预镀镍及镀镍后热处理对钛合金TC4与化学镀镍层结合力的影响.结果表明:HF和HCl的比例是影响钛合金表面活化的重要因素,采用26 mL/L HF,58 mL/L HCl活化可以获得新鲜的钛合金表面;浸蚀活化后预镀镍再化学镀镍,可得到结合力良好的镀层;镀层经300℃热处理1 h后与基体的结合力显著提高.     

钛合金铸造螺旋桨的研究

选用TA7(Ti-5Al-2.5Sn)和TC4(Ti-6Al-4V)钛合金铸造了水翼快艇用螺旋桨。合金用真空自耗电极电弧炉熔炼,在真空自耗电极凝壳铸造炉中用石墨模离心浇注成钛合金螺旋桨。对合金进行了机械性能、空泡剥蚀性能、腐蚀疲劳性能及应力腐蚀性能等试验;对钛合金螺旋桨进行了装艇实船试验。结果表明,钛合金是理想的螺旋桨材料。     

钛合金过渡层对燃料电池不锈钢双极板表面改性薄膜综合性能的影响

针对在燃料电池不锈钢双极板电堆上应用的Cr0. 23C0. 77非晶改性薄膜使用寿命低的问题,仍然采用脉冲偏压电弧离子镀技术,在Cr0. 23C0. 77薄膜与316L不锈钢基体之间增加制备一层耐点蚀钛合金过渡层,考察过渡层对改性薄膜表面综合性能的影响。首先在316L不锈钢基体上选择TA1、TA9、TA10和Ti35四种工业钛合金分别进行预选过渡层材料的沉积制备,对所得样品进行耐蚀性能的对比检测,结果显示,在模拟电池阴极环境下,四种样品中Ti35材料的耐蚀性能最优,可确定为过渡层的首选材料;之后再在不锈钢双极板样品上制备有Ti35过渡层的316L/Ti35/Cr0. 23C0. 77复合薄膜,与只有Cr0. 23C0. 77单层薄膜的样品一起进行表面综合性能的对比测试,结果表明,添加Ti35钛合金过渡层后,双极板在保持原有导电性能的接触电阻为3. 0 mΩ·cm2(0. 6 MPa下)左右和水接触角大于100°的疏水性能的基础上,耐蚀性能得到了明显的改善,在模拟阴极环境的动电位腐蚀测量条件下,腐蚀曲线中出现了一个明显的平台钝化区,从-0. 3～0. 9 V较宽的电位范围内腐蚀电流一直保持低于10-6A·cm-2水平,并且破钝电位高达1. 0 V以上。这将有利于提高双极板的表面防护性能和使用寿命。     

离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢渗层组织及性能的影响

目前,国内外对搅拌头材料W9Mo3Cr4V钢离子渗氮表面改性研究不多。采用金相分析、显微硬度测量、X射线衍射仪(XRD)等研究了离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢搅拌头显微组织和性能的影响,从而得出制备高硬度耐磨氮化层搅拌头的合适的离子渗氮温度。结果表明:经离子渗氮的W9Mo3Cr4V钢搅拌头表层获得了主要由ε相(Fe3N)和γ’相(Fe4N)组成的均匀渗氮层,且随着从表面到基体距离的增加,渗氮层的硬度呈现平缓的硬度梯度分布;480~560℃范围内,随离子渗氮温度升高,渗氮层厚度不断增加,渗氮层硬度也不断提高;ε相(Fe3N)衍射峰随离子渗氮温度升高而逐渐降低,γ’相(Fe_4N)衍射峰则呈逐渐升高的趋势。渗氮层厚度ζ与渗氮温度T的关系满足ζ=3.85×108e-9 141/T·τ。     

钛合金表面阳极微弧等离子体渗硼层的研究

采用阳极微弧等离子体技术研究了钛合金表面渗硼层的微观组织和性能。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)表征分析了渗硼层的表面和截面的微观组织、形貌、相结构、渗层元素分布。借助摩擦磨损试验机测试了渗硼层的耐磨性,运用电化学工作站对渗硼后的TC4材料进行了耐腐蚀性测试。结果表明,钛合金表面阳极微弧等离子体渗硼技术制备的渗硼层连续致密。渗硼层主要由金属间化合物TiB2和TiB组成,其与氧化层共同作用,能显著提高钛合金表面的耐磨性。渗硼后的TC4钛合金耐腐蚀性较基体有所降低。表面阳极微弧等离子体技术是一种新型的钛合金表面改性方法。     

纯钛Mo-N共渗改性层在H2SO4溶液中的腐蚀行为研究

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行Mo-N共渗.利用电化学腐蚀系统对改性层及基体在0.5 mol/L的H2SO4溶液中进行电化学对比实验.实验结果表明,纯钛表面Mo-N共渗可以得到致密、均匀的表面改性层,改性层由沉积层和扩散层组成,厚度为4μm;改性层表面由钼氮化合物Mo16-N7组成;Mo-N改性层提高了纯钛在0.5 mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性,并对改性层在稀硫酸介质中腐蚀机理进行了初步探讨.     

钛合金表面加弧辉光离子渗镍铬及其性能研究

采用加弧辉光离子渗金属新技术处理钛合金Ti5Al2.5Sn表面,研究了渗层的相组成特点,成分分布情况,评价了改性层的磨擦摩损性能,及与钛合金基体间的接触腐蚀相容性等。结果表明加弧辉光离子渗技术可以快速地在钛合金表面获得NiCr镀渗复合层。渗层由Ni3Ti等金属间化合物组成,其硬度、耐磨性能均高于离子注氮层,具有较高的抗含Cl^-1水溶液腐蚀性能,在含Cl^-1腐蚀环境中与钛合金基体接触相容。     

钛合金表面TiN/CrN纳米多层薄膜的制备及耐磨、耐腐蚀性能

纳米多层涂层在钛合金磨蚀防护领域具有重要应用。本实验采用电弧离子镀膜技术,在TC4钛合金表面制备TiN、CrN及TiN/CrN纳米多层涂层,分别对涂层的微观形貌、相结构、硬度、膜基结合力、摩擦磨损性能和电化学腐蚀性能进行了系统研究。结果表明,TiN/CrN纳米多层涂层沿(111)面择优取向生长,结构致密,调制周期为25 nm,硬度为24 GPa,多层结构打断柱状晶生长,有效阻断腐蚀介质扩散到基体的通道。相较于TiN、CrN涂层,TiN/CrN膜基结合力有显著提高。TiN/CrN涂层磨损率为3.44×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1),自腐蚀电流密度(i_(corr))为3.16×10~(-8)A/cm~2,显著低于TC4及TiN、CrN涂层,说明TiN/CrN纳米多层涂层的耐磨/耐腐蚀性能优于TiN、CrN单层涂层,并能对TC4基体在摩擦腐蚀环境下提供更好的防护。     

TC4钛合金阳极氧化着色膜不同电压下的耐腐蚀性能

采用阳极氧化着色处理可以有效地提高TC4钛合金的综合性能.以正交试验方法分析了氧化着色工艺参数对TC4钛合金阳极氧化膜的影响;利用扫描电镜(SEM)观察了氧化膜的形貌,使用X射线衍射仪(XRD)分析了氧化膜的物相,通过电化学试验对其耐腐蚀性进行了探讨.结果表明:TC4钛合金阳极氧化着色的最佳工艺条件为温度45℃,氧化时间20 s,电压20 V,酸腐蚀时间40 s;决定氧化膜颜色的主要因素是氧化电压,随着氧化电压的变化,膜的颜色出现了规律性变化;阳极氧化处理后TC4钛合金表面形成了一层均匀、多孔的氧化膜,成分为TiO2,且以金红石结构存在;阳极氧化着色处理可以改善TC4钛合金的耐腐蚀性能.     

钛合金基体上TiAlN膜层的退除工艺

目前鲜见钛合金基体上TiAlN膜层退除工艺的研究报道.利用电弧离子镀技术并使用Ti-Al(原子比1∶1)合金靶在钛合金TC4基体上镀覆TiAlN膜层.使用亚硝酸盐、氢氧化钠配制退膜液,采用正交试验优选了退膜液各成分的浓度和退膜温度,确定了退膜液各成分的浓度及最佳退膜工艺,并比较了钛合金TC4基体及退膜后基体的表面形貌、成分、粗糙度、尺寸和结合力的变化.结果表明:以优选工艺退膜后基体表面光亮如初,形貌、成分、粗糙度变化不大,表面会产生1μm左右的轻微腐蚀,结合力略有提高.该退膜液成分简单、易于控制,适用于批量生产.     

钛基生物医学材料瞬态电能表面改性初探

钛基生物医学材料广泛应用于人体硬组织的修复,但耐磨性较差,限制了其更广泛的应用.采用瞬态电能强化技术以石墨为电极对钛合金TC4进行表面改性,对比研究了在空气、氩气和氮气气氛下获得的强化层的性能,并对氮气中制备的强化层的生物相容性进行了评价.结果表明,强化改性层物相主要为TiC及石墨相,表面硬度有较大提高,摩擦学性能获得显著改善,改性层与基体相比仍具有优异的耐蚀性能;氩气和氮气气氛下获得的强化层表面裂纹比空气气氛下的少;氮气保护下可得到裂纹较少、具有一定粗糙度、耐磨、生物相容性好且与基体为冶金结合的强化层.     

TC4钛合金不同表面预处理对化学镀Ni-P合金性能的影响

为了进一步弄清钛材表面不同预处理工艺对其后化学镀Ni-P合金层性能的影响,应用预浸镀镍、磷化、氟化物-磷酸盐化学转化及微弧氧化方法对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)表面进行了预处理。采用综合测试及电化学测试技术,研究了TC4钛合金不同表面预处理对Ni-P合金化学镀层沉积速度、结合力、耐磨性及耐蚀性的影响。结果表明:TC4钛合金表面预浸镀镍和微弧氧化后,Ni-P合金化学镀层沉积速度较快,且与基体结合更好,至少能承受40 N载荷,但其表面的平整度比磷化和氟化物-磷酸盐化学转化后的差;预浸镀镍后的表面Ni-P合金镀层的耐蚀性最好,微弧氧化膜表面的Ni-P合金镀层耐磨性最好,摩擦系数减小至0.12;微弧氧化膜提高了基体表面的化学活性,同时增强了对Ni-P合金化学镀层具有类似"抛锚作用"的机械力,增强了其与基体的结合力。     

加辅助阴极钛板的离子渗氮工艺参数对TC4合金渗层厚度的影响

在辉光离子气体技术的基础上加上辅助阴极钛板,对TC4合金基材进行渗氮处理。通过选择典型的基体温度、保温时间和气体介质,设计了一组正交试验,并以渗层厚度为依据分析了渗氮工艺中基体温度、保温时间和气体介质对渗层厚度的影响。同时采用Axiovert 25CA（Zeiss）光学图像分析仪和GDA750辉光光谱分析仪观察了优化工艺条件下改性层的显微组织及元素分布。结果表明,在辉光离子渗氮工艺中基体温度对TC4合金渗层厚度影响最大,在最优工艺条件下渗氮改性层的形成能显著提高基材表面硬度。