[發(fā)明專利]一種基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113046683B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 段永華;盧耀平;王昕宇;吳影;王勇;曲德藝
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C8/68
• 分類號: C23C8/68;C23C10/48;C23C8/02
• 代理公司: 天津煜博知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發(fā)明涉及一種基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層及其制備方法，屬于表面處理技術領域。本發(fā)明基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層從表面至基體依次包括TiB₂外層、TiB晶須?TiAl₃次外層、TiAl₃層和擴散層，梯度滲層的厚度不小于100μm，表面硬度不小于2200HV，表面層與基體層的硬度差不大于500HV；在鈦或鈦合金基體中生長TiB晶須，通過滲鋁?滲硼的復合滲方法在TiB₂層和TiAl₃層之間形成TiB晶須?TiAl₃層，獲得厚度不小于100μm且硬度梯度變化平緩的梯度滲層，彌補鈦或鈦合金表面滲層厚度小、硬度梯度大的缺陷，改善鈦或鈦合金的耐磨性和高溫抗氧化性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層及其制備方法，屬于表面處理技術領域。

背景技術

鈦及其合金因熔點高、比強度高、耐蝕性好、高溫穩(wěn)定性強、生物兼容性優(yōu)異和無磁無毒等優(yōu)點，被廣泛應用于車輛工程、航空航天、海洋艦船、能源化工和生物醫(yī)學等領域。但是鈦及其合金的硬度較低，耐磨性較差，滑動時容易產(chǎn)生粘著磨損，從而導致工件咬死。此外，在高溫環(huán)境下使用時，其表面形成的氧化膜易剝落，使其抗氧化性降低；氧很容易通過氧化膜溶入基體合金形成脆性層，使合金力學性能惡化，導致合金機械性能嚴重下降，結構零部件失效。上述缺點嚴重制約了鈦及其合金更為廣泛的工程應用。

滲硼技術是近年來快速發(fā)展起來的提高鈦及其合金表面性能的重要表面改性技術之一。然而，由于鈦及其合金的滲硼層由TiB₂外層和TiB晶須內(nèi)層組成，其厚度最大僅為60μm，無法有效阻止氧向基體擴散；此外，鈦及其合金表面滲硼層顯微硬度是基體的7-8倍，硬度梯度從滲硼層至基體的變化幅度大，極易引起滲硼層與基體結合處應力集中，導致滲硼層與基體結合力差，滲硼層易脫落，使?jié)B硼后鈦及其合金仍難以滿足耐磨和高溫抗氧化性能方面的要求。采用B-Al復合滲處理的鈦及其合金滲層要么表面硬度高(1429HV)、厚度小(37μm)，要么硬度低(1041.7HV)、厚度大(115μm)；而采用B-Al共滲處理的TC4鈦合金滲層表面硬度(1221HV)和厚度(69.8μm)都較低，仍未完全克服厚度小、硬度梯度大或表面硬度低引起的滲層易脫落、耐磨性差等缺陷，對改善鈦及其合金表面耐磨性、高溫抗氧化性還是不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術鈦及其合金表面處理的問題，提供一種基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層及其制備方法，本發(fā)明在鈦或鈦合金基體中生長TiB晶須，通過滲鋁-滲硼的復合滲方法在TiB₂層和TiAl₃層之間形成TiB晶須-TiAl₃層，獲得厚度不小于100μm且硬度梯度變化平緩的梯度滲層，彌補鈦及其合金表面滲層厚度小、硬度梯度大的缺陷，改善鈦及其合金的耐磨性和高溫抗氧化性；本發(fā)明可獲得厚度大、表面硬度大且硬度梯度合理的鈦及其合金表面梯度滲層，對提高鈦及其合金工件的使用壽命，增加其服役安全性意義重要。

一種基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層，梯度滲層從表面至基體依次包括TiB₂外層、TiB晶須-TiAl₃次外層、TiAl₃層和擴散層，梯度滲層的厚度不小于100μm，表面硬度不小于2200HV，表面層與基體層的硬度差不大于500HV。

所述基于TiB晶須的鈦或鈦合金的梯度滲層的制備方法，具體步驟如下：

(1)在鈦或鈦合金基體中制備TiB晶須；

(2)基于TiB晶須進行滲鋁，依次生成TiB晶須-TiAl₃次外層、TiAl₃層和擴散層；

(3)表面滲硼生成TiB₂外層。