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钛合金表面制备高硬度膜层

www.metale.cn 来源:中国冶金设备网 2017/8/25 10:46:38
  
  钛合金具有密度小、比强度高、耐海水及海洋气氛腐蚀以及无磁性、可加工性好等特点,在许多领域得到了广泛的应用。然而钛合金存在表面硬度低、耐磨损性差的缺点,易与摩擦材料发生粘附,严重限制了其应用范围。目前,提高钛合金耐磨性的方法主要是在钛合金表面制备高硬度膜层,其中,在钛合金表面制备TiN薄膜是非常有效的办法。TiN熔点高达2955 ℃,TiN涂层具有高硬度及优异的耐热耐磨性能和耐腐蚀等特性,并且具有金属光泽及优良的导电性等金属特性。它既可作为一种耐磨的硬质薄膜运用于刀具切削与摩擦零部件领域,又可沉积在首饰与灯具表面作为装饰性薄膜,具有广阔的应用前景。 
  然而,传统的气体氮化技术,温度较高,影响基体的力学性能,同时保温时间过长,不适合工程上应用,故近年来开发出快速催渗氮化工艺、低压真空脉冲氮化工艺及激光气体氮化工艺等新技术。 
  快速催渗氮化工艺是在常规气体氮化过程中采用循环加热规范,加入在整个氮化过程中都起到催渗作用的催渗剂。催渗剂可活化工件表面,从而提高工件表面对氮原子的吸收能力,使氮化保温时间大大缩短。催渗剂是一种稀土催渗剂,不仅缩短氮化周期,而且能够渗入工件表面形成细小弥散的氮化物,改善氮化层组织,提高表面硬度。由于大大缩短了氮化保温时间,故起到了节省能源、减少废气排放及缩短氮化周期的作用。 
  脉冲氮化技术是以周期反复间歇式通/抽气方式进行氮化。当炉压处于低压时,狭缝及孔内的气氛被强行排出,充气时又强行加入新鲜气体。脉冲周期交换炉气,在工件表面的滞留气薄层迅速遭到破坏,新气氛产生新的活性原子,加快了活性原子在工件表面的碰撞,使渗入元素在工件表面的吸附速度和反应速率得到有效提高。这种技术可防止氧化、氢脆、疏松等组织缺陷,并可解决狭缝、小孔、深孔、盲孔处渗层不均匀的难题。 
  激光气体氮化复合技术是用激光使基体表面熔融,通过持续供应氮气,瞬间发生反应生成氮化钛薄膜。该工艺具有氮化层与基材界面成冶金结合、热影响区小、工件变形小、可以局部加热、无接触加工及制备时间短等优点。 
  另外,传统的液体氮化技术,由于受设备容量限制,无法对大型零件进行氮化处理,而且氮化后表面疏松,同时生产过程中所产生的废水和废气极易引起公害。微弧碳氮化技术能解决这些问题,它是借鉴电解液微弧氧化的一种新工艺。钛合金置于电解液中作为阳极,在脉冲放电情况下,在材料表面产生火花放电点,在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下,在钛合金表面原位生成碳氮化物陶瓷层。这种技术可以在常温下进行,能保持基体的原始性能;不受制品形状的限制,可实现复杂工件的内外表面处理;操作简单,处理时间短,能耗少,成本低,符合环保要求。 
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