Ti-6 Al-4 V 表面等离子渗锆及锆合金层的性能

目的通过等离子表面合金化渗锆,提高Ti-6Al-4V的表面硬度及在还原性酸中的耐蚀性能。方法分别在800,850,900℃渗锆,分析研究锆合金层的成分、相组成、显微硬度及在为10%(质量分数)H2SO4溶液中的腐蚀行为,并与未处理的基材进行对比。结果 Ti-6Al-4V在三种温度下渗锆后,形成的表面合金层主要由锆在α-Ti或β-Ti中形成的固溶体组成,元素组成呈梯度分布,表面粗糙度随渗锆温度的提高而增加,硬度由表及里呈梯度下降,表面硬度比未处理的Ti-6Al-4V提高了约200HV0.1。与未处理的基材相比,Ti-6Al-4V渗锆后,在10%H2SO4溶液中的自腐蚀电位均正移,钝化电流密度均有所减小。结论 Ti-6Al-4V渗锆后,硬度和耐蚀性较基体有所提高,其中,900℃渗锆后的耐蚀性最好,800℃与850℃渗锆试样的耐蚀性次之。     

Ti-6Al-4V合金表面等离子Nb合金化工艺

采用双辉等离子表面冶金技术对Ti-6Al-4V合金进行等离子渗铌处理。研究了温度与保温时间对合金层元素含量和渗层厚度的影响,以确定最佳渗金属工艺参数。利用光学图像分析仪以及辉光放电能谱仪观察和测定合金层的金相组织、渗层厚度及成分。结果表明,在极间距和气压恒定的条件下,渗层厚度及成分与温度和保温时间有关。温度过高或保温时间过长均会在Ti-6Al-4V试样表面产生较厚的Nb沉积层。经优化工艺参数,选择850℃保温3 h渗铌,得到一定厚度且与基体为冶金结合的合金层。该合金层可以克服Ti-6Al-4V合金耐磨性差的缺点。     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构特征与断裂机理

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb 2种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。结果表明:Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构演化规律的研究

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。实验表明：Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

Ti-6Al-4V钛合金的等离子W-Mo共渗

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti-6Al-4V钛合金进行W-Mo共渗,研究了880～1000 ℃ W-Mo共渗时基体温度对渗层厚度的影响,采用SEM和XRD观察、检测渗层组织结构和相组成.结果显示,Ti-6Al-4V合金的W-Mo渗层组织良好.纳米压痕试验结果表明,合金渗层硬度高于基体.     

Ti-6Al-4V合金氮离子注入后在Tyrode’s体液中的耐蚀耐磨性能

Ti-6Al-4V合金注入氮离子后,生物相容性、抗磨损性、抗疲劳性及抗腐蚀性均有所提高,其植入人体后在体液中的耐蚀耐磨性能尤为重要,目前对此研究较少。对Ti-6Al-4V合金进行氮离子注入,并在人工模拟体液Tyrode’s溶液中进行摩擦磨损和电化学试验,研究了注氮Ti-6Al-4V合金的耐蚀耐磨性能。采用扫描电镜观察腐蚀形貌,用其自带的能谱仪分析注氮层的元素组成,采用X射线衍射仪分析注氮层的结构。结果表明:Ti-6Al-4V氮离子注入后表面形成主要由TiC,Ti及少量TiO2组成的膜层,硬度提高,在Tyrode’s溶液中的腐蚀电位升高、极化电阻增大,阳极极极化电流密度降低;在Tyrode’s溶液中摩擦后的注氮Ti-6Al-4V合金的阳极极化电流密度大于未摩擦的,极化电阻减小;Ti-6Al-4V合金氮离子注入后的摩擦系数明显降低,比磨损率减少。     

Nb表面合金化对Ti6A14V腐蚀行为的影响

采用失重法和电化学扫描法研究了等离子表面合金化技术在Ti6A14V（TC4）合金表面形成的Ti—Nb合金层及基体材料的腐蚀行为，分析了Nb的渗入对Ti6A14V耐蚀性的影响．失重法研究表明：在10％H2SO4和10％HCl溶液中Ti—Nb合金层较基体耐蚀性提高，在10％NaCl溶液中无明显变化；电化学腐蚀研究表明，在5％H2SO4、5％HCl、3．5％NaCl溶液中，Ti—Nb合金层耐蚀性较基体均有不同程度的提高．     

Ti-6Al-4V表面等离子合金层中渗Mo的扩散系数

研究采用双层辉光离子渗金属技术在Ti-6Al-4V合金表面制备Mo基改性层的Mo扩散过程。通过观察渗层截面组织形貌,测定各种合金化元素的分布情况,着重分析不同温度下不同元素的加入对Mo扩散行为的影响。结果表明:在800～950℃下,Ti-6Al-4V合金离子渗Mo后所得改性层厚度、Mo平均扩散系数及相同浓度下Mo的扩散系数都随温度升高而升高;由于反溅射和Ti-6Al-4V基体相变等原因,1000℃时各参数反常;加入合金元素W和N使Mo的扩散系数有所降低,Mo的平均扩散系数在单纯渗Mo时为2.37688×10-4,W-Mo共渗时为1.47127×10-4,W-Mo-N共渗时为7.02681×10-5。     

Y元素对铸造Ti-6Al-4V合金微观组织与力学性能的影响

本文研究了Y元素合金化对铸造Ti-6Al-4V合金微观组织与力学性能的影响。铸态合金微观组织与力学性能分别利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验进行表征。结果显示,Ti-6Al-4V合金呈现典型的魏氏组织特征。添加Y元素后,合金中形成Y2O3颗粒并分布在初生β晶粒的晶界处,同时在晶界两侧形成平行的α/β层片结构,而晶粒内部形成相互交叉的α/β层片结构,即Y2O3明显改变了Ti基体片层组织形貌。相比于Ti-6Al-4V合金,添加Y元素之后,合金的屈服强度和抗拉强度稍有提高,但是平行的α/β层片结构和Y2O3颗粒引起合金由解理断裂向延晶断裂转变,进而导致延伸率显著减小。所以,Ti基体微观组织变化对合金力学性能同样具有重要作用。     

Nb表面合金化对Ti6Al4V腐蚀行为的影响

采用失重法和电化学扫描法研究了等离子表面合金化技术在Ti6Al4V（TC4）合金表面形成的Ti-Nb合金层及基体材料的腐蚀行为,分析了Nb的渗入对Ti 6Al4V耐蚀性的影响.失重法研究表明：在10%H2SO4和10%HCl溶液中Ti-Nb合金层较基体耐蚀性提高,在10%NaCl溶液中无明显变化;电化学腐蚀研究表明,在5%H2SO4、5%HCl、3.5%NaCl溶液中,Ti-Nb合金层耐蚀性较基体均有不同程度的提高.     

Ti-6Al-4V合金激光表面合金化制备Ti_5Si_3/Ti耐磨复合材料涂层研究

利用预涂 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化 ,制得以初生及共晶金属间化合物 Ti5Si3为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层 ,研究了激光表面合金化 Ti5Si3/β- Ti耐磨复合材料表面改性层的显微组织及其在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下的耐磨性能。结果表明 :利用 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化处理后 ,合金层硬度及耐磨性大幅度提高。     

表面处理对Ti-0.3Mo-0.8Ni合金耐蚀性的影响

本文探讨了大气热氧化、阳极氧化及化学氧化等表面处理对Ti-0.3Mo-0.8Ni合金在室温硫酸溶液中的耐蚀性的影响,结果表明,热氧化和阳极氧化都能不同程度地提高合金的耐蚀性,尤其热氧化对合金的抗蚀性的改善更为显著;它能使合金的应用范围从10%H_2SO_4扩展到40%H_2SO_4。     

Ti-6Al-4V合金在真空中的干滑动磨损行为

在真空(10^-^5Pa)条件下对Ti-6Al-4V合金进行了系统的磨损性能测试，研究了载荷和滑动速度对Ti-6Al-4V合金磨损率的影响．对Ti-6Al-4V合金的磨损表面进行了显微组织分析．实验结果表明，Ti-6Al-4V合金的磨损率随载荷和滑动速度的升高而增加．磨损表面具有层状结构的舌状形貌特征，分析表明这是Ti-6Al-4V合金表面通过接触点处材料的被推挤和碾压过程形成了特殊的变形堆砌层的结果．显微组织分析显示，这种变形堆砌层具有50—100nm尺寸的细小显微组织结构和50mm以上的厚度．     

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的磨损特性

利用环块式腐蚀磨损试验机研究了Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrβ型医用钛合金的磨损特性,并与传统医用钛合金Ti-6Al-4V进行了比较.研究表明在空气中干磨,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金及Ti-6Al-4V合金的抗磨能力主要取决于合金的硬度及抗拉强度等力学性能;在0.9%NaCl溶液中磨损,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金抗腐蚀磨损能力低于Ti-6Al-4V.Nb含量的提高可以增强Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金的抗腐蚀磨损能力.     

生物医用Ti-Nb-Ta-Zr-Fe合金在林格溶液中的腐蚀行为（英文）

采用动电位极化方法研究Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(质量分数%)(TNTZF)合金37℃下在林格溶液中的抗腐蚀性能,并在同样的条件下用Ti-6Al-4V-ELI(低间隙)合金做对比实验。结果表明:TNTZF比Ti-6Al-4V-ELI合金表现出更高的腐蚀电位,更低的腐蚀电流密度,更加稳定的钝化电流密度和更宽的钝化区间,因此具有更加优越的抗腐蚀性能。除此之外,在Ti-6Al-4VELI合金的表面钝化膜上观察到了点蚀现象,但是在TNTZF合金表面没有发现点蚀现象。XPS分析结果表明:TNTZF合金表面钝化膜由TiO_2基体以及Nb_2O_5、NbO_2、Ta_2O_5、ZrO_2、TiO和Ti_2O_3等氧化物共同组成,从而使得钝化膜更加稳定且保护作用更强,因此TNTZF合金比Ti-6Al-4V ELI合金表现出更加优越的抗腐蚀性能。     

Ti-6Al-4V合金的盐浴硼氧共渗

以Na_2B_4O_7和Si C粉末为原料,在Ti-6Al-4V(TC4)合金表面进行盐浴硼氧共渗试验,研究不同配比共渗剂共渗后的渗层表面组织形貌与物相组成、横截面形貌及渗层厚度、硬度、摩擦磨损性能及界面结合力。结果表明:Na_2B_4O_7-Si C型盐浴可在Ti-6Al-4V合金表面获得含硼钛化合物的共渗层,渗层连续且致密,其物相主要由Ti B、Ti B_(12)、Ti C、Ti O_2和Al_2O_3相组成;其中,90%Na_2B_4O_7+10%Si C共渗剂所得共渗层表面质量较好,渗层较厚(26.5μm),且具有较强的界面结合力(72.47 N);表面硬度(1020 HV0.2)比Ti-6Al-4V合金提高了2.83倍;80%Na_2B_4O_7+20%Si C配方具有最低的摩擦因数(0.36),比Ti-6Al-4V合金(0.45)降低了20%。     

Ti-Al-Cr-Nb-V合金激光表面原位TiC颗粒增强涂层及耐磨性研究

分别以高纯石墨粉C和C Nb混合粉末为原料，对Ti-46Al-2Cr-1．5Nb-1V合金进行了激光表面合金化处理，对激光改性层的显微组织以及成分进行了观察与分析，并对该合金原始组织及经C或C Nb激光表面改性层的室温耐磨性能进行了对比分析研究。研究结果表明，C和C Nb激光表面合金化处理后，在合金表面均“原位”形成了TiC颗粒，Nb以固溶原子形式存在于表面改性层中，TiC颗粒的大小，形态及分布强烈取决于激光工艺参数；经C或C Nb激光表面合金化处理后，TiAl合金的室温滑动磨损耐磨性能均有不同程度的提高，其中经C Nb的激光表面合金化后的试样表现出最佳的抗室温滑动磨损性能。     

TiAl合金激光表面原位TiC颗粒增强涂层及高温抗氧化性能

以高纯石墨粉和C Nb混合粉末为原料,对Ti-46Al-2Cr-1．5Nb-1V合金进行了激光表面合金化处理,对激光改性层的显微组织以及成分进行了观察与分析,并对该合金原始组织及经C和C Nb激光表面改性层的高温抗氧化性能进行了对比分析研究。结果表明,C和C Nb激光表面合金化处理后,在合金表面均“原位”形成了TiC颗粒,Nb以固溶原子形式存在于表面改性层中,TiC颗粒的大小,形态及分布强烈取决于激光工艺参数;激光表面处理后的合金的抗氧化性能明显高于未经激光处理的铸态组织,而且在石墨粉中掺杂Nb粉,处理后的合金具有最佳的抗氧化性能。     

钛合金与WC-17Co涂层界面结合性能分析

采用超音速火焰喷涂技术在Ti-6Al-4V合金表面制备WC-17Co涂层,从显微形貌、界面氧化行为、裂纹扩展形式等方面系统分析了WC-17Co涂层与Ti-6Al-4V基体界面断裂失效原因,并利用四点弯曲法测量了WC-17Co与Ti-6Al-4V合金的平均断裂能量释放率.结果表明,热喷涂过程使Ti-6Al-4V的表面氧化相含量显著提高.氧化后Ti-6Al-4V的表面显微硬度达到322.4 HV,熔融粒子撞击到Ti-6Al-4V表面很难对基体造成明显的塑性变形,不能形成有效咬合,使得钛合金与WC-17Co涂层的结合性能偏低.     

Ti-6Al-4V合金表面的热氧化/真空扩散处理

利用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成，硬化深度可达60μm。经840℃真空扩散后，在表面硬化层中发现有Ti3A1相形成，使沿层深方向的硬度下降趋势变缓。热氧化／真空扩散处理可有效地降低在空气和真空中的Ti-6Ai-4V合金与GCrl5钢的干摩擦因数，提高Ti—6A1—4V合金在空气和真空中的的磨损抗力。