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钛合金概述

钛的性能优异、储量丰富，中国的钛资源开采储量占世界64%左右，居世界之首凹。钛合金的性能优异，熔点高、比强度高、低密度、耐高温、耐腐蚀。被广泛应用于船舶车辆、能源化工、航空航天和生物工程等领域。但是钛合金存在硬度低，耐磨性和疲劳性差、使用寿命低等问题，在实际的生产过程中，未能很好地满足实际生产活动需求。为了延长钛合金使用范围，钛合金的表面处理已成为表面工程中最活跃的领域之一。最终目标是在钛合金表面制备出厚度可观、与基体结合强度高、硬度梯度变化均匀、耐磨性好、具有优异的化学稳定性以及生物兼容性的改性层，以扩大其使用范围，延长钛合金使用寿命。

TA2钛合金化学成分

TA2钛合金渗碳工艺及组织演变研究

1）经过真空脉冲渗碳和真空感应脉冲渗碳后，TA2钛合金表面均形成了一层均匀的TiC相，有效地改善了钛合金的表面硬度，提高了TA2钛合金的耐磨性。并且随着渗碳时间的延长，TiC相也随之增多，同时温度的增长对于TiC相的增长有正相关影响。

2）根据正交试验结果可知，随着温度、压强、CHA/C2H2渗碳气氛配比的增加，经过真空脉冲渗碳和真空感应脉冲渗碳后的TA2钛合金表面硬度、渗层深度、耐磨性均随之增加。根据直观分析图和方差实验结果，相对于甲烷/乙炔气体配比和压强，温度对钛合金渗碳渗层硬度、厚度及耐磨性能影响均较高。

3）随着渗碳时间的延长，渗碳层厚度随之增加。通过动力学拟合可知，TA2 钛合金真空脉冲渗碳主要受“内扩散”控速环节控制，相关系数平方R2为0.994，表观活化能为 26.87 kJ/mol。真空脉冲感应渗碳过程则受到“表层吸附”与“内扩散”两种环节混合控制，拟合结果的相关系数平方R²达到0.980。混合控速环节调配系数 n 为0.9465，说明“内扩散”为该反应的主要控速环节。表观活化能为198.45kJ/mol。将“目标渗碳深度”设置为150μm，真空脉冲渗碳需要1109min，而真空感应脉冲渗碳仅需168min，可知感应加热极大地提高了渗碳效率。根据相关拟合结果进一步优化 TA2 钛合金渗碳工艺，在真空脉冲渗碳实验中，内扩散环节占主要影响，在渗碳实验中可以增强碳势，提高环境中活性碳原子浓度。

4）真空感应渗碳实验极大地缩减了渗碳时间，在同等渗碳条件下，真空管式炉经8小时渗碳实验后，硬度为947.5HVo.o2s，渗层深度为96 μm，而真空感应脉冲渗碳2小时后，渗层深度可达108μm，硬度达到1070.5HVo.025。

5）随着渗碳时间的延长，TA2钛合金的耐磨性也随之提升。经2h真空脉冲感应渗碳后其磨损量（7.1×10~cm3）仅为原样的1/138。经8h真空脉冲渗碳后的磨损量也可达到1.09×10³cm³。温度对渗碳层耐磨性影响很大，940、920℃处理的合金耐磨性均远高于900℃。