鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、無(wú)磁性、低阻尼、高低溫性能好、與炭復(fù)合材料的相容性好、與生物相容性好等突出優(yōu)點(diǎn)，但其耐磨性和硬度很差，為了解決這方面的不足，真空氮化鈦膜層工藝很好的節(jié)約了這方面的問(wèn)題。為此現(xiàn)將氮化鈦退鍍方法做些介紹，可對(duì)大批量生產(chǎn)中出現(xiàn)的有缺陷的膜層應(yīng)進(jìn)行及時(shí)退除。

 

氮化鈦堅(jiān)硬而導(dǎo)電氮化鈦的生成熱超過(guò)所有的氧化鈦。因此也必須注意，要在完全脫除氧的條件下進(jìn)行滲氮處理。www.fjyuewei.com鈦同氮隨著時(shí)間按照拋物線規(guī)律進(jìn)行表面反應(yīng)。因此,滲氮速度隨著滲氮時(shí)間的增加而減低。因?yàn)榈谕獾亴又械臄U(kuò)散速度小于下面的鈦固溶液體區(qū)的擴(kuò)散速度，而不可能形成厚氮化層，氮或氨必須具有較髙的純度。因?yàn)檠醪粌H妨礙氮化層的形成，而且還能在較髙溫度條件下引起表面層除去氧化皮，水分的含量（濕度）必須最少達(dá)到這樣的程度，即使之達(dá)到的熔點(diǎn)。滲氮層的厚度隨著溫度的升髙而增加，并且在大約850度溫度條件下經(jīng)過(guò)16-24小時(shí)之后達(dá)到具有HV大于3OOOMPa硬度、0.025-0.1mm厚的滲氮層。再延長(zhǎng)滲氮時(shí)間基本上不會(huì)帶來(lái)硬化深度的增加。較髙的溫度導(dǎo)致基體材料晶粒長(zhǎng)大，并且由于受缺口應(yīng)力集中及內(nèi)應(yīng)力作用的硬化邊緣區(qū)引起可塑性（變形性能）降低。在采用TiA15Sn2.5鈦合金條件下，即使在950度溫度條件下經(jīng)過(guò)16小時(shí)之后也只能獲得具有HV大于5OOOMPa的大約0.05mm的硬化層深度。在相同的條件下采用氨進(jìn)行滲氮，就像應(yīng)用氮滲氮一祥可達(dá)到較高的表面硬度和較大硬化深度。可是同時(shí)獲得了氫被吸收的結(jié)果，所以必須再經(jīng)過(guò)真空退火消除它。

 

氮化鈦具有高硬度、耐磨、抗腐蝕及良好的裝飾性能。世界范圍內(nèi)鈦的生產(chǎn)加工中50%以上鈦材應(yīng)用在航空領(lǐng)域，飛機(jī)的輕量化是航空業(yè)發(fā)展不變的主題，今后20年間新客機(jī)需求量大概為1萬(wàn)架左右，今后主要機(jī)種的輕量化將使鈦及鈦合金的用量大增。而在其他領(lǐng)域，鈦的需求增長(zhǎng)主要集中在海水淡化設(shè)備、LNG設(shè)備、原子能發(fā)電所、氯堿設(shè)備、PTA 設(shè)備、大型建筑物的屋頂、船舶、醫(yī)療外科等領(lǐng)域。

在滲氮時(shí)可能形成各種不同的區(qū)，如果氧含量不髙，形成由氮化鈦組成的外區(qū)，具有金黃色并且硬度為14000-17000MPa，可是這種氮化鈦層很傅因較低的氮化溫度時(shí)或者繼而進(jìn)行髙溫加熱(退火）時(shí)，氮就完全溶解到金屬表面的鈦固溶體里去了，激化鈦層不再增加或者在某個(gè)熱處理工序中消失因此，在發(fā)現(xiàn)氮化鈦層時(shí)鈦固溶體層巳經(jīng)溶解到氮中去了這層也具有高的硬度，但是芯部硬度降低。在采用氨氣進(jìn)行滲氮時(shí)，由于滲透氫的作用而出現(xiàn)附加的組織變化。由于在40度溫度下氫和氮對(duì)轉(zhuǎn)化溫度的相反(對(duì)立)作用而觀察到，首先隨著滲氮時(shí)間的增加而導(dǎo)致a-鈦表層的含氮層厚度增加，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間滲氮之后，這個(gè)層的范圍又縮小，因?yàn)橥ㄟ^(guò)試樣氫含量增加而轉(zhuǎn)變成金相（這樣一來(lái)，正如所見(jiàn)到那樣，硬化深度不會(huì)受到影響。在同一條件下滲氮而產(chǎn)生的硬化區(qū)表明有一陡峭的硬度下降區(qū)，在上邊列舉出的滲氮條件下一直到大約0.1mm深度的硬化層達(dá)HVS3OOOMPa的硬度。鈦合金可以在相似的條件下像鈦那樣滲氮。在鈦合金滲氮條件下，由于氮在鈦固溶體和鈦固溶體中的溶解度及擴(kuò)散速度不同而使其擴(kuò)散區(qū)的層厚波動(dòng)（變化在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%-100%NaCN的熔鹽浴槽中進(jìn)行鈦的表面硬化處理時(shí)，在800度條件下經(jīng)過(guò)1-2小時(shí)表面硬化可達(dá)到HV接近6000MPa(HRC60)由于磨蝕特征得到了改進(jìn),同沒(méi)有處理的材料相比，疲勞強(qiáng)度大多減少1/3以上。

 

鈦及鈦合金的氫處理技術(shù)是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域一個(gè)比較活躍的研究方向。目前,氫處理技術(shù)在鈦合金的熱加工、機(jī)械加工、粉末固結(jié)、復(fù)合材料制備、微觀組織細(xì)化等研究中得到了應(yīng)用,已形成一個(gè)獨(dú)特的研究領(lǐng)域。利用氫處理技術(shù)改善鈦合金的超塑性性能是一個(gè)重要的研究方面,至此,許多學(xué)者利用氫處理效應(yīng)改善了鑄鈦、變形鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的超塑性性能。

 

現(xiàn)代超塑性變形理論認(rèn)為,晶界滑移是超塑性變形的主要方式,擴(kuò)散和晶內(nèi)及晶界的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是晶界滑移的主要協(xié)調(diào)機(jī)制。在鈦合金超塑性成形中,B相以擴(kuò)散蠕變或位錯(cuò)蠕變?yōu)橹?A相以晶界滑移為主,通過(guò)擴(kuò)散和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)共同協(xié)調(diào);A與B兩相間的流動(dòng)以A與B相界遷移來(lái)完成。氫在對(duì)鈦合金超塑性成形中主要起到以下作用:(1)氫的加入提高了合金元素的擴(kuò)散能力,導(dǎo)致B相擴(kuò)散蠕變和A相的晶間滑移的增強(qiáng)。(2)氫的擴(kuò)散激活了釘扎的位錯(cuò),促進(jìn)了位錯(cuò)的攀移和滑動(dòng),提高了B晶粒的滑動(dòng)能力,有利于A/A晶界滑動(dòng)所要求的位錯(cuò)協(xié)調(diào)作用。(3)氫致弱鍵效應(yīng),降低了擴(kuò)散激活能,增強(qiáng)了原子擴(kuò)散能力,改善了超塑性流動(dòng)能力。(4)從Ti2H相圖上可以看出,氫的加入明顯降低了B\A+B轉(zhuǎn)變溫度,提高了B相的體積分?jǐn)?shù),直接導(dǎo)致塑性的提高和流動(dòng)應(yīng)力的降低,使鈦合金可以在較低的變形溫度和較高的變形速率下進(jìn)行超塑性成形。

 

目前,運(yùn)用氫處理技術(shù)提高鈦合金的超塑性性能的途徑有兩種:(1)利用氫的增塑性效應(yīng),在鈦合金超塑性成形之前加入適量的氫,提高鈦合金中B相的比例,降低超塑性變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力,達(dá)到改善鈦合金超塑性性能的目的。(2)利用氫處理細(xì)化鈦合金的微觀組織,結(jié)合塑性變形技術(shù)制備超細(xì)晶鈦合金,使鈦合金在較低的變形溫度和較高的變形速率下具有優(yōu)異的超塑性性能。