TA15钛合金固体渗硼工艺及性能的研究

发布时间：2017-04-14 10:22

  本文关键词：TA15钛合金固体渗硼工艺及性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛合金因具有密度小、比强度高、耐蚀性好、焊接性能优异等特性,在航空航天、民生、军事等领域广泛应用。然而,钛合金本身存在硬度低、耐磨性较差等缺陷,限制了其进一步的使用范围。钛合金表面渗硼可使其表面形成硬度极高的硼钛化合物,从而有效地改善其表面耐磨性。本文选取TA15钛合金为基材,研究单渗硼和正交优化稀土-催渗硼对渗硼层组织及性能的影响。主要结论如下:(1)研究了未添加稀土单渗硼工艺和不同稀土添加量共渗工艺对渗硼层组织形貌的影响,发现稀土-硼共渗比单渗硼获得的渗硼层较厚,且渗硼层均是由硼钛化物层和过渡层组成,确定了稀土的最好添加量为5%,此时获得的渗硼层厚度为23.54μm。(2)在稀土氧化物添加量为5%时,研究了不同渗硼保温时间对共渗渗硼层的影响,确定了最佳的渗硼保温时间为20h,获得的共渗层厚度为28.93μm。同时对共渗层的物相构成、元素分布、硬度以及耐磨性进行了研究,结果表明共渗渗硼层是由外表层的TiB2和内部的TiB两种硼钛陶瓷相构成;共渗渗硼层的显微硬度值1850HV0.025~860HV0.025,相对于基体表面提高了4~5倍;共渗渗硼层的摩擦系数稳定于0.2~0.25之间,相对于基体的摩擦系数0.45降低了近两倍,这说明稀土催渗固体渗硼使TA15钛合金基体的耐磨性得到了很大程度的改善。(3)在单因素条件的基础上,进行了3因素3水平的正交优化稀土-硼共渗实验,确定了最佳固体渗硼剂比例以及最好渗硼工艺,即渗硼加热温度为1040℃,渗硼保温时间为20h,渗硼剂配比为:25%B4C+5%La2O3+70%Si C。优化工艺后获得的共渗层厚度为50.96μm。对优化工艺后的共渗层进行了物相分析和力学性能分析,结果表明共渗层是由TiB和TiB2两种物相组成;其硬度和摩擦系数分别为1900HV、0.16,相对于基体有很大程度的提高。(4)根据热力学原理和扩散学原理,探讨了TiB和TiB2双相硼化物的形成及稀土催渗机制,结果表明温度越高,越有利于形成TiB和TiB2化学反应进行;稀土La2O3的加入,降低体系反应所需的能量,吸附于基体表面形成活性中心,进一步促进TiB和TiB2的形成。
【关键词】：TA15钛合金 单渗硼 稀土催渗 正交优化 显微硬度 耐磨性
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG156.87
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题研究的背景与意义8
• 1.2 钛合金概述8-13
• 1.2.1 钛合金的性质8-9
• 1.2.2 钛合金的分类9-11
• 1.2.3 TA15钛合金简介11
• 1.2.4 钛合金的应用11-12
• 1.2.5 钛合金在使用中存在的问题12-13
• 1.3 钛合金表面工程改性技术13-15
• 1.3.1 离子注入法13-14
• 1.3.2 热喷涂技术14
• 1.3.3 激光熔覆技术14-15
• 1.4 固体渗硼技术15-19
• 1.4.1 渗硼技术简介15-16
• 1.4.2 渗硼的特点16
• 1.4.3 渗硼剂的组成16-18
• 1.4.4 渗硼的工艺18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 第2章 实验原理、材料及研究方法20-28
• 2.1 实验原理20-22
• 2.1.1 Ti-B系反应的二元相图20-21
• 2.1.2 渗硼的基本原理21-22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.2.1 实验基材22-23
• 2.2.2 渗硼剂23
• 2.3 实验所用的设备与仪器23-24
• 2.4 渗硼的工艺过程24-25
• 2.5 渗硼后组织与性能测试25-28
• 2.5.1 渗硼层厚度测量25-26
• 2.5.2 渗硼层微观组织观察与分析26
• 2.5.3 渗硼层显微硬度测量26-27
• 2.5.4 渗硼层耐磨性实验27-28
• 第3章 TA15钛合金表面稀土-硼共渗的研究28-41
• 3.1 引言28-29
• 3.2 稀土催渗对渗硼层组织的影响29-37
• 3.2.1 渗硼层微观组织形貌29-33
• 3.2.2 渗硼层物相分析33-34
• 3.2.3 渗硼层硼钛化合物分布及区域元素分析34-37
• 3.3 稀土-硼共渗渗硼层的力学性能分析37-40
• 3.3.1 渗硼层的显微硬度37-38
• 3.3.2 渗硼层耐磨性38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 正交试验法优化稀土-硼共渗工艺41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 正交试验工艺方案及结果分析41-46
• 4.2.1 正交试验表建立41-43
• 4.2.2 正交试验数据处理与结果直观分析43-45
• 4.2.3 各因素对渗硼层厚度及表面显微硬度影响趋势图45-46
• 4.3 最优渗硼工艺下渗硼层组织与性能分析46-51
• 4.3.1 渗硼层组织形貌与厚度46
• 4.3.2 渗硼层物相分析46-47
• 4.3.3 渗硼层双相硼化物形成判据47-50
• 4.3.4 渗硼层表面显微硬度分布50-51
• 4.3.5 正交优化后渗硼层的耐磨性分析51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 稀土催渗渗硼机理的探讨研究52-55
• 5.1 渗硼层的形成52-54
• 5.2 稀土催渗机制54-55
• 第6章 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62

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