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钛表面处理技术的研究现状

李争显 , 王少鹏 , 慕伟意 , 潘晓龙 , 姬寿长 , 王宝云 , 杜继红 , 周廉

在钢铁材料中得到成功应用的传统表面技术，在钛表面处理上也得到了较广泛的应用，但传统的表面技术存在着许多不适应于钛材处理的技术壁垒，因此，针对钛材料的特殊性能发展起来的液相等离子体处理技术、等离子表面冶金技术、钛电极涂层技术、钛生物涂层技术、钛建筑材料的表面处理技术等成为钛材表面处理技术新的发展方向。主要综述了传统表面技术和液相等离子体处理技术、等离子表面冶金技术2种新技术在钛材表面上应用的研究成果。

关键词: 钛 , 表面技术 , 研究现状

钛表面辉光无氢渗碳动力学与耐蚀性能研究

华云峰 , 李争显 , 杨浩 , 王宝云 , 王彦峰 , 姬寿长 , 罗小峰 , 杜继红

稀有金属材料与工程

采用辉光无氢渗碳方法,在工业纯钛TA2表面制备渗碳层,研究辉光无氢渗碳动力学以及渗碳试样在25℃、3.5％ NaCl水溶液和25℃、80％ H2SO4水溶液中的耐蚀性能.结果表明,渗碳层厚度随渗碳温度与时间的增加而增加,碳在渗碳层中的扩散系数与绝对温度之间符合Arrhenius关系式,扩散活化能为13.6 kJ/mol (0.14 eV).渗碳试样在25℃3.5％ NaCl、80％ H2SO4水溶液中的腐蚀速率分别为0.000 48 mm/a、2.118 mm/a,分别是Ti-0.2Pd的77％、50％,分别是TA2的13％、11％,耐蚀性能得到显著提高.

关键词: 工业纯钛TA2 , 辉光无氢渗碳 , 渗碳层 , 动力学 , 耐蚀性能

Ti6Al4V合金表面超音速火焰喷涂WC-12Co涂层组织及相分析

姬寿长 , 李争显 , 杜继红 , 查柏林 , 黄春良 , 王宝云 , 罗小峰 , 华云峰 , 王彦锋

稀有金属材料与工程

采用超音速火焰喷涂在Ti6Al4V合金表面制备WC-12Co涂层,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)对涂层的组织形貌、物相结构、成分进行试验分析.结果表明:涂层中无层状分布,涂层整体致密,孔隙率低,与基体结合良好 ;涂层中呈团聚状的粒子与粒子之间结合紧密,颗粒为弥散分布.这是因为超音速粒子的速度高能弥补堆垛不规则造成的孔隙,降低孔隙率,提高致密度 ;高速粒子变形充分,利于提高活性区域的面积,利于粒子与基体、粒子与涂层的结合.涂层中组成相除WC外,有少量Co3W3C和微量的W2C,未见金属Co,Co在涂层中变成非晶态.分析认为:W2C的产生是在喷涂过程中由于WC热分解,脱碳而生成的产物 ;Co3W3C是Co和WC在有氧环境下的反应产物,Co3W3C含量少是由于粉末在燃烧室中停留时间短.

关键词: 超音速火焰喷涂(HVOF) , 涂层 , 组织 , 相组成 , W2C , WC热分解 , Co3W3C

Ti6Al4V合金表面无氢渗碳层分析

姬寿长 , 李争显 , 杜继红 , 王少鹏 , 王宝云 , 黄春良 , 潘晓龙

稀有金属材料与工程

将Ti6Al4V合金试样置入真空炉中进行无氢渗碳.分别用XRD、SEM、EDS及HV显微硬度计对渗碳层的物相、组织形貌、成分和硬度进行分析.结果表明,经过渗碳后,渗层中出现TiC相,但是未发现氢化物及含H相.整个渗碳层由附着层、渗碳层和扩渗层组成.附着层中含有Ti、Al、V元素,附着层的存在阻碍碳的渗入.渗碳层由致密的渗碳层I和等轴晶组成的渗碳层Ⅱ组成.扩渗层有碳的渗入,碳含量少,只是一个渗碳影响层.渗层的硬度呈梯度变化,硬度变化曲线是渗层中碳含量变化的反映,硬化层厚度约为900um.

关键词: Ti6Al4V合金 , 无氢渗碳 , 附着层 , 阻挡渗碳 , 硬度梯度变化

Ti6Al4V表面磁控溅射NiCoCrAlY涂层的组织及性能

王宝云 , 李争显 , 严鹏 , 王彦峰 , 姬寿长

表面技术 doi:10.3969/j.issn.1001-3660.2010.01.008

为了提高钛合金的高温抗氧化能力,采用非平衡磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金的表面沉积了NiCoCrAlY涂层,通过SEM,EDS和XRD分析了涂层氧化前后的物相组成和组织形貌.结果表明:长时间沉积后,受基材原始表面状态和涂层择优生长作用的影响,涂层表面有大量微米级的细小颗粒和少量直径约10 μm的圆丘形突起;NiCoCrAlY涂层成分与靶材相近.NiCoCrAlY涂层明显提高了钛合金的抗氧化性能,使其氧化增重速率大大降低.经高温氧化后,涂层与基底的界面处Ti,Ni等元素发生互扩散形成过渡层,随氧化时间延长,过渡层逐渐增厚;并且受高温作用,涂层表面化合物相晶态特征有增强的趋势.

关键词: 钛合金 , 抗氧化 , 磁控溅射 , MCrAlY , 涂层

钛合金表面非平衡磁控溅射沉积NiCoCrAlY涂层

王宝云 , 李争显 , 杜继红 , 严鹏 , 姬寿长

钛工业进展 doi:10.3969/j.issn.1009-9964.2009.06.008

采用非平衡磁控溅射技术在TCA钛合金表面沉积NiCoCrAlY抗烧蚀涂层,分析了不同溅射工艺下沉积涂层的微观结构以及对涂层组织的影响.结果表明:溅射沉积涂层成分主要与靶材成分均匀性有关,沉积涂层的成分与靶材成分基本一致;溅射过程中由于涂层表面不均匀的择优生长,造成涂层表面粗糙度有提高的趋势,涂层表面会产生大量的微米级的颗粒状突起以及出现少量直径约十几个微米的圆丘形突起,都呈现中心高、四周低的特征.实验制备涂层厚度在7～60 μm之间,组织致密,厚度均匀,与基体结合良好,涂层增厚与溅射时间呈线性关系.XRD分析说明涂层表面主要是AlNi3,Al0.9Ni4.22相,其他涂层元素以非晶态存在,随涂层沉积时间延长,涂层表面晶态结构发生破坏,涂层元素之间形成的化合物相趋于消失.

关键词: 钛合金 , 表面 , 磁控溅射 , MCrAlY , 涂层

钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的组织与性能

王宝云 , 严鹏 , 李争显 , 杜继红 , 潘晓龙

表面技术 doi:10.3969/j.issn.1001-3660.2007.06.012

运用电弧离子镀技术,采用独立Ti、Al靶材,在TC4钛合金表面制备了厚度为6.5μm的TiAlN涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层的力学性能和摩擦学性能.结果表明:涂层表面存在粒子撞击时产生的凹坑和液滴碰撞表面而铺平、凝固形成的层片状组织,镀膜后,试样表面粗糙度升高.涂层表面Ti、Al原子比为0.93∶1,表面显微硬度达到23000MPa.试样的磨损试验说明:脱落的涂层微粒对涂层产生划伤,是涂层破坏的主要形式;涂层抗磨损能力提高了13倍.

关键词: 钛 , 电弧离子镀 , TiAlN涂层 , 磨损性能

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

王宝云 , 李争显 , 严鹏 , 杜继红

稀有金属材料与工程

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm.经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541 μm.涂层表面Ti/Al原子比约为0.9.涂层表面显微硬度HV0.025为23.5 GPa.由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样.

关键词: 钛合金 , 电弧离子镀 , TiN , TiAlN , 复合涂层 , 磨损

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

王宝云 , 李争显 , 严鹏 , 杜继红 , 姬寿长

钛工业进展 doi:10.3969/j.issn.1009-9964.2008.02.007

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5 μm.经镀膜,试样表而粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541λm.涂层表面以TiAlN+TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构.复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品.氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h.

关键词: 钛 , 电弧离子镀 , TiN , TiAlN , 复合涂层 , 抗氧化