编号：FTJS108069
篇名： TC4钛合金粉末包埋渗硼层制备及组织性能研究
作者： 郭嘉奇
关键词： TC4钛合金; 粉末包埋法; 渗硼层; 高温摩擦磨损; 高温氧化;
机构：辽宁工业大学
摘要： TC4钛合金因其比强度高、耐蚀性好等优点广泛应用于航空航天等领域,但其表面硬度低、耐磨性差,限制了其在苛刻工况下的服役。粉末包埋渗硼是提高钛合金表面性能的有效手段,但如何进一步优化渗层结构、提升综合性能仍是研究热点。本文以TC4钛合金为基体,采用粉末包埋法,系统研究热处理温度（950℃、980℃、1010℃,其中980℃为TC4钛合金相变温度）、稀土氧化物La2O3含量（1%～5%）、卤素I2含量（0.008%～0.014%）以及预渗碳预处理工艺对渗硼层组织性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机及高温氧化试验等表征手段,分析了渗层的截面形貌、厚度、硬度、物相组成、元素分布、高温摩擦磨损性能及高温抗氧化性能。研究结果表明: （1）在950℃～1010℃温度范围内,3%La2O3为最佳添加量。在此条件下,La2O3的催渗作用可降低渗剂分解活化能,促进B原子扩散及TiB2高硬相生成。XRD与EPMA分析证实,渗层主要由TiB2、TiB和Ti C组成。980℃时,3%La2O3样品渗层厚度达30.13μm,硬度峰值为1803.07 HV,平均摩擦系数为0.54,平均磨损率为2.23×10-6mm3/N·m,600℃氧化12 h增重为1.3 mg·cm-2。 （2）在950℃～1010℃温度范围内,0.01%I2为最佳添加量。在此条件下,I2的催化作用有利于硼化物的长大。XRD与EPMA分析证实,渗层主要由TiB2和TiB组成。980℃时,0.01%I2样品渗层厚度为22.61μm,硬度为1760.63 HV,平均摩擦系数为0.48,磨损率为8.52×10-7mm3/N·m,600℃氧化12h增重为1.22 mg·cm-2。 （3）在最优渗硼工艺条件的基础上,引入预渗碳预处理工艺（920℃,保温8 h）。渗碳预处理在TC4表面预先形成Ti C渗层,为后续渗硼提供良好的过渡层,成功构建了TiB2-Ti C-TiB的多层复合结构。与未预渗碳的直接渗硼样品相比,预渗碳后样品的渗层致密性显著提升,硬度进一步提高。其中,渗碳+0.01%I2渗硼样品综合性能最优,平均摩擦系数低至0.44,磨损率仅8.07×10-7mm3/N·m,600℃氧化12 h后增重最低为1.01mg·cm-2。渗碳+3%La2O3样品次之,平均摩擦系数为0.51,平均磨损率为2.07×10-6mm3/N·m,600℃氧化12 h增重为1.22 mg·cm-2。整体上都表现出优异的减摩抗磨与抗高温氧化性能。