钛及钛合金渗硼的研究现状与反应机理

钛合金表面渗硼可极大地提高钛合金的耐磨性能.本文综合阐述了国内外钛及其合金表面渗硼的研究现状,探讨了固体渗硼法中表面渗层形成机理与硼钛化合物的生长动力学.基体组织、渗剂组成、渗硼温度、氧分压等因素会影响渗硼层结构.在接近β转变点的温度条件下,可能获得较厚的渗硼层.双相结构中的TiB与TiB2层的厚度d与时间t的关系分别满足Fick扩散第二定律d2=K·t.

纯钛TA1和钛合金TC4表面固体渗硼

采用固体粉末法分别对基体组织为α-Ti的TA1和基体组织为（α＋β）-Ti的TC4钛合金表面进行了渗硼,在偏光显微镜和扫描电镜（SEM）下观察了渗层的形貌,用X射线衍射（XRD）分析了渗层的物相组成.实验结果表明,渗硼温度在850~1000℃范围内,TA1表面渗层为平行于基体表面的多层结构,为Ti3O相和TiB相;当渗硼温度高于920℃时TiB为主要组成并出现了TiB2相,且硼钛化合物的含量随温度升高而增加.当渗硼温度低于1000℃时,TC4表面渗层为Ti3O相和TiB相,在渗硼温度高于1 000℃时,渗层为TiB2＋TiB晶须结构.渗硼温度高于1 000℃是TA1和TC4表面形成硼钛化合物的充分条件.

纯钛的熔盐渗硼

采用熔盐法(Na_2B_4O_7)对钛(TA2)表面进行渗硼实验。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度测试等分析手段,研究TA2渗硼后的物相组成、组织形貌、显微硬度。结果表明:渗层由外表层的TiB——2和内表层晶须状的TiB组成。XRD分析表明,渗硼后钛试样表面生成硼钛化合物,随保温时间的延长,TiB峰位变强。EDS分析得出,B原子扩散后,被基体钛吸附,形成过渡层,导致过渡层中的Ti含量减少,而B含量明显升高。渗硼层显微硬度由外层至内层逐渐减小,变化范围约为23000MPa～7500MPa,高于TA2基体的硬度。