Ti6Al4V表面双层辉光等离子渗铬及渗层的抗高温氧化性能.pdfVIP

越 茹警 ∥ Ti6AI4V表面双层辉光等离子渗铬及 渗层的抗高温氧化性能 崔 宏，骆心怡，张云露，郑 婷，孙晓宾 (南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 210016) [摘 要] 钛合金常规表面改性技术多存在与基体结合强度差的不足，采用双层辉光等离子渗铬则可解决这一问 题。为此，利用双层辉光等离子表面冶金技术对 Ti6Al4V合金表面渗铬，通过正交试验优选了最优渗铬工艺主参 数，对渗层的抗高温氧化性能进行了研究。从渗层厚度和与基体结合强度方面得到了最优工艺参数：源极电压950 V，工件电压400V，气压35Pa，极间距 12mm。在此工艺参数下可获得组织均匀、致密、无裂纹及由过渡层、沉积层 和扩散层组成的渗铬层，其与Ti6A14V合金基体间呈冶金结合；且随渗层厚度增加，其抗高温氧化性能更好，原因 是渗铬层在高温氧化后生成了组织致密的CrO，有效地阻止了基体进一步氧化，从而显著提高了Ti6AI4V合金表 面的抗 高温氧化性能。 [关键词] 双层辉光等离子渗铬；Ti6A14V；正交试验；抗高温氧化性能 [中图分类号]TG146．23 [文献标识码]A [文章编号]1001—1560(2011)o8—0022—04 O 前 i 比研究了渗层与基体的抗高温氧化性能。 钛合金因具有 比强度高、中温性能稳定等优点而 1 试 验 成为航空航天领域中重要的结构材料之一，但高温下 易氧化，对黏着磨损和微动磨损非常敏感，限制了其进 1．1 渗铬主参数优化 一 步的应用 ¨]。酸碱化学处理[]、电化学处理(引、化 双层辉光渗金属技术中影响合金化层质量的因素 学气相沉积 6j、物理气相沉积 、等离子喷涂_8J、离子 包括工作温度、极间距、放 电气压、工作时间、源极电 注入 J、热氧化L1等表面改性技术是解决这些问题的 压、工件电压等。以极间距(D)、放电气压 (P)、源极电 有效途径，但改性层与基体结合强度差，易于剥落失 压(。)、工件 电压 ( )4个工艺参数为正交试验的4 效。双层辉光等离子表面冶金技术可形成成分呈梯度 个因素，选择最具代表性的3种水平，设计了L9(3)正 分布的扩散层，且与基体呈冶金结合 。该技术在真 交试验 加 ，设计结果见表 1、表2。 空环境下进行，速度快，无污染 ，可以避免传统固体粉 表 1 因素水平表 末渗金属法大气氧化及介质污染造成 的氢脆等问 题 |1 ，且在工艺、理论、工业应用等方面均取得 了很 大进展_1。前人 已经在钛合金表面渗 Al_lJ、渗 Mo【I引、 渗 Nb¨引方面开展了研究，都在一定程度上提高 了钛合金表面的高温抗氧化性，但存在铝的熔点低、生 成的MoO 高温下易挥发等缺陷。基于此，本工作采用 双层辉光等离子表面冶金技术在Ti6AI4V合金表面渗 铬，并预氧化后在基体表面生成致密稳定的Cr20，，对 [收稿 日期] 2011—03—29 [基金项 目] 航空基金(2007ZE52057)资助 [通信作者] 崔 宏(t985一)，硕士，主要从事金属表面处理的 工作，电话E·mail：cuihong．family@ 163．corn l材 斟 偶 l t髓聪 { 8l 移 采用金相显微镜、WS一2002自动划痕试验机分别 测量渗层的厚度和渗层与基体的结合强度，通过极差 法找出这4个工艺参数分别对渗层厚度和渗层与基体 结合力等因素的影响，再综合考虑选取最佳工艺参数。 1．2 渗铬工艺 以退火态的Ti6A14V为基材，线切割成 640mm× 5mm，用细砂纸打磨并进行抛光处理，再用超声波在酒 精中清洗后烘干。源极材料为~b100mmX5mm的纯 Cr靶，装炉前用砂纸打磨露出新鲜表面。渗铬在 自制 双层辉光等离子渗金属炉_】中进行，保温圈布置采用 洞穴法，工作气体为高纯工业氩气，背底真空度为4× 10I2Pa。源极采用直流电源，工件采用