表面渗氧强化对TC4钛合金力学性能的影响

采用氧增强扩散渗氧强化技术对TC4钛合金进行表面强化处理,利用显微硬度计测量渗氧层中的硬度分布,利用光学显微镜(OP)研究渗氧前后材料的微观组织变化,通过单轴拉伸试验研究表面渗氧强化处理对材料力学性能的影响。结果表明:经渗氧强化处理后,表面形成约150μm的渗氧强化层,表面硬度较基体提高一倍以上,约为950 HV,但力学性能下降明显,其中屈服强度下降约16%,抗拉强度下降约13%,延伸率下降约35%。材料力学性能降低的原因主要是渗氧强化处理过程中的高温作用,导致基体晶粒长大;表面渗氧强化层在小应变阶段即发生脆性开裂。

550℃表面渗氧对Ti-6Al-4V合金耐磨性能的影响

对Ti-6Al-4V合金550℃的空气中渗氧60 h后的表面形貌、显微组织、成分、硬度、划刻性能和耐磨性进行研究,并与未处理的钛合金进行了比较。结果表明,渗氧后的钛合金表面粗糙度有所增加,表层形成约3.5μm厚的渗氧层,X射线衍射(XRD)检测到了锐钛矿相、金红石相、板钛矿相Ti O2和Al2O3相。渗氧层的显微硬度和纳米硬度分别为804.6 HV0.025和14.5 GPa,比未处理的基体提高了143.7%,且压痕周围未见裂纹;渗氧后钛合金表面最大划痕深度由12μm降至4μm,磨损率由354.33×10^(-6)mm^(3)/Nm降至1.44×10^(-6)mm^(3)/Nm,渗氧层的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损。表面渗氧显著提高了Ti-6Al-4V钛合金表面硬度和耐磨性,同时其内部组织粗化和软化不明显,可作为提高钛合金表面耐磨性能的潜在方法。

人工关节材料纯钽的表面氧化工艺及硬度

使用低压真空表面渗氧技术、扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱技术和纳米压痕技术等手段研究了不同工艺下人工关节材料纯钽的表面渗氧产物及硬度。结果表明,在500℃渗氧2 h、273 mL(通氧量,下同)的条件下可以在纯钽表面制备出物相为钽氧化合物Ta_(4)O、平均厚度约为3.6μm的渗层。在550℃×2 h/273 mL、550℃×5 h/1.3 mL、550℃×10 h/0.013 mL以及650℃×3 h/0.013 mL条件下可以制备出δ-(Ta,O)化合物。通过调整渗氧温度、时间和通氧量可以实现δ-(Ta,O)化合物渗层厚度的改变。在550℃渗氧1 h、273 mL通氧量的条件下可制备出平均厚度约为60μm的渗层,其物相为多价态钽的钽氧化合物;经渗氧处理后试样的硬度为(160.27±2.80)HV5,其最大纳米压痕硬度为7.92 GPa,显著地高于纯钽原始试样,该工艺可提高用于人工关节的钽基材料耐磨性,进而提高其使用寿命。