Ti6Al4V合金表面等离子Ni-Ti共渗研究.pdfVIP

助 材 抖 2010年增刊3(41)卷 Ti6A14V合金表面等离子 Ni—Ti共渗研究 王英芹，贺志勇，王振霞，刘小萍，贺耀华 (太原理工大学 表面工程研究所 ，山西 太原 030024) 摘 要 ： 选用等原子 比Ni—Ti合金板作 为源极，利用 验。基本原理为在真空室中同时设置两个 阴极 ：一个 等离子表面合金化技术在 Ti6Al4V合金表面制备 Ni— 是预处理工件极；另一个是 由欲渗合金元素构成的源 Ti共渗层 。主要研究了温度 、工作气压、源极 电压 、工 极 ，两者分别连接独立 的直流电源并在其 间产生辉光 件 电压对渗层显微组织、成分的影响，得 出合理 的工艺 放 电。辉光放电中的离子轰击作用将两 阴极升温，并 参数 。分析 了渗层成分分布、组织形貌、相结构、硬度 溅射出源极合金元素 ，经沉积扩散进入工件表面，形成 及摩擦学性能。结果表 明，在温度为 900℃、工作气压 表面合金层 。合金层中所渗元素含量和渗层厚度可通 为35Pa时进 行共渗 ，渗层组织均匀，白亮层厚度 约 过调节温度 、工作气压 、源极与工件电压及保温时间等 18m，成分基本成梯度分布 。Ni—Ti合金层耐磨性与 参数来实现 。 基材相 比显著提 高。 2．2 实验方法 关键词： 等离子；Ti6A14V；Ni—Ti合金化；粘着磨损 实验中工作气体为高纯氩气。选用 Ti6AI4V合 中图分类号 ： TG146．2+3：TG178 文献标识码：A 金作为基材 (工件)，尺寸为 O18mrn×4mm。近等原 文章编号：10o】～9731(201O)增刊 3-0466-03 子比Ni—Ti合金板作为源极材料 ，尺 寸为 60ram x 70mm×8ram。极间距 18mm。保温时间3h。渗层截 1 引 言 面显微组织用光学显微镜观察 ；渗层成分分布采用辉 钛合金 比强度高 ，耐蚀性好 、耐热性高，其工作温 光放 电光谱 仪 GDA750测定 ；渗层物相 结构 采用 度范围较广 ，是航天航空、石油化工、生物医学等领域 RigakuX—Raydiffractometer(XRD：铜 靶 ，40kV)分 的重要材料 ，在尖端科学和高技术方面发挥着重要作 析；渗层硬度采用 LecoM一400H1型硬度测量仪检 用Ll]。但钛合金耐磨性能差，对粘着磨损和微动磨损 测；采用 BDW-3型球盘磨损试验机进行磨损实验 。 非常敏感 ，这些问题使钛合金的应用受到限制 ，成为材 3 实验结果与分析 料研究领域的热点之一。提高钛合金表面耐磨性的方 法有化学镀 ]、涂层技术 、离子注入 、气相沉积、微弧 3．1 工艺参数的选择 氧化 [等。镀层与涂层存在膜基结合强度 问题 ，离子 等离子表面合金化是一一个较为复杂的过程 ，温度 、 注入层厚度十分有 限，而且诸方法大都 以显著提高表 工作气压、源极和工件 电压等对合金化结果有重要影 面硬度改善耐磨性能，一定程度上削弱了材料整体 的 响。为得到优化 的制备工艺 ，需通过一系列试验来研 塑性韧性。 究各工艺参数对合金成分及渗层厚度的影响。 本文拟采用等离子表面合金化技术在 Ti6A14V 3．1．1 处理温度 合金表面渗入 Ni、Ti元素形成 Ni—Ti合金化层。NiTi 合金层的形成主要依靠元素扩散渗入基体 。影响 合金硬度适中，摩擦过程 中在应力作用下诱发的马氏