【摘 要】
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钛合金广泛应用于航空航天、国防工业等领域,由于其比强度高、抗腐蚀性能优异等特点,是21世纪最有希望取代合金钢成为航空发动机结构件的轻型材料。然而,由于其耐磨性较差的缺点,限制了其作为航空结构件的应用。因此,对钛合金表面进行渗氮处理能够有效地提高其耐磨性。钛合金的渗氮方式以真空低压渗氮、高温气体渗氮、离子渗氮等方式较为常见,而且在国内外多有研究。经过上述方法渗氮以后,钛合金的耐摩性取得了显著地提高,
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钛合金广泛应用于航空航天、国防工业等领域,由于其比强度高、抗腐蚀性能优异等特点,是21世纪最有希望取代合金钢成为航空发动机结构件的轻型材料。然而,由于其耐磨性较差的缺点,限制了其作为航空结构件的应用。因此,对钛合金表面进行渗氮处理能够有效地提高其耐磨性。钛合金的渗氮方式以真空低压渗氮、高温气体渗氮、离子渗氮等方式较为常见,而且在国内外多有研究。经过上述方法渗氮以后,钛合金的耐摩性取得了显著地提高,但由于在高温的环境下进行,增加了钛合金相变和形变的几率。然而在航空发动机的应用中,这种变形将会影响其结构件的精度,因此低温盐浴渗氮成为一种较为理想的钛合金表面化学热处理方法。本文采用稀土-氰酸盐对钛合金TC4进行表面低温盐浴渗氮。在稀土的催渗作用下,氰酸根CNO-分解产生的活性氮原子[N]渗入到钛合金表面,使得表面获得一层15-30μm厚的复合渗层。经过低温盐浴渗氮后,渗层表面硬度可提高至700HV0.1以上,约为基体(380-460HV0.1)的1.5倍。渗层表面耐磨性得到了有效提高:摩擦系数平均为0.3-0.4,相对于基体表面摩擦系数(0.6-0.7)降低了约50%;渗层表面磨损质量降低了约0.5-1倍,磨损体积量降低了约5倍。然而氰酸根CNO-还会分解成部分剧毒的氰根CN-,对环境保护和操作人员的健康均产生较大的安全隐患。在渗氮盐浴中加入微量的硫酸钾K2SO4,其硫酸根SO42-能够有效地抑制氰根含量。结果表明,加入硫酸钾后渗氮盐反应物的氰根含量仅为0.237%,相比未加硫酸钾(此时的氰根含量为0.444%)时氰根含量降低了近1倍,实现了钛合金表面低温绿色渗氮。图[36]表[9]参[80]
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