纯钛ta2合金表面改性试验与机理研究

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1、摘要在优化工艺参数下，对TA2钛合金分别进行激光表面碳元素合金化，激光表面气体氢化，激光表面重熔和整体淬火处理。采用xRD，sEM和OM对试样组织结构进行表征，HVS．1000型显微硬度计和uMT-2MT型磨损试验机对显微硬度和摩擦系数进行测试。激光表面碳元素合金化在工业纯钛TA2基体上成功制得TiC，Tj复合相涂层，涂层具有较高的硬度和良好的耐磨损性能。sEM结合xRD分析结果表明：合金化层中TiC组织具有发达树枝状、胞枝状、十字花瓣状和球状等形貌。不同形貌Tic显微硬度的测试表明：球状组织显微硬度最高，为475Hv；发达树枝状组织为45

2、0Hv；十字花瓣状为420Hv；胞枝状组织最低，为380Hv。TiC形成机理可分为扩散、反应和析出三个步骤。Tic枝晶形貌与冷却速率关系研究结果表明：随冷却速率的增加，Tic枝晶形貌由十字花瓣状转为发达树枝状。激光气体氮化在基体上成功制得表面呈金黄色的氮化层。sEM结合xRD分析表明，氮化层主要由TiN和a7一T．组成，不含Tj2N相。显微硬度测试表明：氮化层具有较高的显微硬度，为500Hv。氮化层主要通过氮气向液钛中扩散，在随后的快速凝固过程中以6一TiN。形式析出形成。激光表面重熔和淬火处理快速冷却组织均发生马氏体相变，获得Ⅱ‘．Ti组

3、织。激光表面重熔层表层生成厚度约为3um厚的TiN薄层。显微硬度测试表明：淬火处理使退火态TA2硬度仅提高约l／4，而激光表面重熔却使硬度提高1倍。激光表面重熔可有效的改善基体的耐磨性。关键词：工业纯钛；激光；淬火；组织；耐磨性；形成机理AbstractLasersurfaceaJJoyjn器1asersurfacereme】tjDgandquenchingwereperfor脚edoncommercialpuretitaniumTA2withoptimizedprocessparametersMicrostructureswerechar

4、acterizedusingX—raydiff}action，opticalmicroscopyandscanningelectronmicroscopyThewearpropertiesandhardnesswereexaminedusingUMT-2MTweartester。andHVS-1OOOtypemicrohardnesstester．。TiC／Ticompositelayerwassuccessfullyfabricatedbylasersurfacealloyingwithcarbon．Themicrohar出1essand

5、wearresistanceoflasersurfacealloyedlayerweregreatlyimproved．Themicrostructureanalysesshowedthattitaniumcarbidegrowthmorphologieshadawell—deVelopeddendrite，cellulardendrite，910bularmicrostructureandcross-petalmicrostructureandsoonThehardnessmeasurementshowedthatthemicrostn】

6、cturecorrespondingtotheglobularmorph0109yforthetitaniumcarbidephasehadthehighestmicrohardnessThemechanismofthefbrmationoftitaniumcarbidescouIdbedividedintothreeperiodsofdifmsion，reactionandrapidsolidificationThecarbidemorphologyinthealloyedcoatingwasdirectlydependentuponth

7、esolidincationcoolIngrateAtahighcoolingrate，thecarbidemorphologywaswell-deVelopeddendriteAsthesolidificationcoolingratedecreased，thegrowthmorph0109yoftitaniumcarbidechangedtocross—petal—1．kewithsymmetricalarmsNitrided1ayerswjth901denyellowcolorwerefabricatedbylasergasnitri

8、ding．TheresultofXRDshowedthatTiNwasdetectedbutnoTi2NwasdetectedThemicrohardnessoflasernit