钛合金表面硬质膜层研究进展

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1、钛合金表面硬质膜层研究进展王彦峰李争显安建筑科技大学西北有色金属研宄院摘要：综述了近年来钛合金材料表面硬质膜层的研宄进展，详述了钛合金表面扩渗层、多元素掺杂复合强化硬质膜层以及多层复合结构强化硬质膜层的研宄现状及取得的成果，分析丫现有钛合金表面硬质膜层研究存在的问题，指出：钛合金表面硬质膜层的强韧性匹配与界而强化仍需深入研宂，同时需有效开展钦合金表而硬质膜层的工程应用研宄，促进硬质膜层在钛合金材料表面的产业化应用。关键词：钛合金;硬质膜层;多元素掺杂;多层复合结构;作者简介：王彦峰(1983—)，男，高级工程师。收稿日期：2017-08-10基金：科技部中乌国际合作

2、项目(2014DFR50450)ResearchProgressoftheHardCoatingsSynthesizedonTitaniumAlloysWangYanfengLiZhengxianXi’anUniversityofArchitectureandTechnology;NorthwestInstituteforNonferrousMetalResearch;Abstract：Recentresearchesaboutthehardcoatingssynthesizedontitaniumalloysweresummarizedinthisarticle.

3、Theresearchstatusandachievementsofdiffusionlayers,multi-elementsincorporationstrengthenedhardcoatingsandalsothemultilayeredstructurestrengthenedhardcoatingsontitaniumalloyswerestudiedindetail.Basedontheseresearches,itisfoundthatsomekeyproblems,suchasthematchofhardnessandtoughnessandals

4、othestrengtheningoftheinterfacebetweencoatingandsubstratestillneedfurtherinvestigation.Besides,moreeffortsarenecessarytostudytheengineeringapplicationresearchintermsoftitaniumalloyswithhardcoatingsinordertofacilitateitsindustrialization.Keyword：titaniumalloys;hardcoatings;mu11i-e1ement

5、sincorporation;multilayeredcompositestructure;Received：2017-08-10钛及钛合金材料以其密度小、比强度高、疲劳性能及耐腐蚀性能良好以及生物相容性优良等已经成为重要的航空航天、海洋及生物医用结构材料。但钛及钛合金材料本身质地较软，对黏着磨损较为敏感，耐磨减摩性能差，在用做结构零件或者承受冲蚀摩擦作用的工况下，表面极易发生磨损失效，严重影响零部件的安全性和可靠性。在钛及钛合金材料表面制备具有耐磨、耐腐蚀的防护膜层，可显著提高其服役性能。以TiN为代表的硬质膜层具冇较高的表面硬度、优良的耐磨、耐腐蚀性能，显著提高

6、Y钛合金材料的表面性能。同时，通过多元素掺杂技术获得的三元、四元等多元复合硬质膜层［1-5］，以及多层复合结构、梯度过渡结构等膜层结构设计也被应用于硬质膜层的制备中［6-8］。本文对近年来钛合金材料表面硬质膜层的研宄成果进行分析，讨论钛合金表面硬质膜层的种类、制备工艺以及膜层组织结构、性能之间的关系，为钛合金材料的表面强化研究提供参考。1钛合金表面硬质膜层研宄现状对于钛合金材料的表面强化，研宄主要集中于基体材料的改性以及表面防护膜层的制备。基体材料的改性主要是通过热处理改变基体材料表面一定深度范围内的组织，生成硬化相，提高其表面耐磨性能。而表面防护膜层的制备则主要是

7、采用物理气相沉积技术在棊体表面沉积厚度为微米级的硬质膜层，借助于膜层的高硬度、高耐磨性提高基体材料的表面性能。1.1欽合金表面扩渗层钦合金材料只有较高的氢脆敏感性，采用传统的气体渗碳/渗氮处理工艺在处理过程中不可避免地会引入H元素，加上处理过程中的高温，使得H元素被钛合金吸收并生成氢化物，降低基体材料的冲击初性与延伸率。因此，传统的气体扩渗技术并不适用于钛合金的表面强化。为了避免H元素对钛合金性能的影响，西北有色金属研宄院李争显团队开发了一种新型的钦合金表面渗碳技术［9-12］，利用真空双层辉光放电技术，将高纯石墨作为源极，高纯氩气作为工作气体，在等离子气氛中对