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TA2鈦合金的性能優(yōu)異、儲(chǔ)量豐富，中國(guó)的鈦資源開采儲(chǔ)量占世界64%左右，居世界之首凹。鈦合金的性能優(yōu)異，熔點(diǎn)高、比強(qiáng)度高、低密度、耐高溫、耐腐蝕。被廣泛應(yīng)用于船舶車輛、能源化工、航空航天和生物工程等領(lǐng)域。但是鈦合金存在硬度低，耐磨性和疲勞性差、使用壽命低等問題，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，未能很好地滿足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)需求。為了延長(zhǎng)鈦合金使用范圍，鈦合金的表面處理已成為表面工程中最活躍的領(lǐng)域之一。最終目標(biāo)是在鈦合金表面制備出厚度可觀、與基體結(jié)合強(qiáng)度高、硬度梯度變化均勻、耐磨性好、具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性以及生物兼容性的改性層，以擴(kuò)大其使用范圍，延長(zhǎng)鈦合金使用壽命。

TA2鈦合金化學(xué)成分

TA2

鈦(Ti) 余量,

鐵(Fe)≤0.30

,碳(C)≤0.10,

氮(N)≤0.05,

氫(H)≤0.015

,氧(O)≤0.25。

TA2鈦合金滲碳工藝及組織演變研究

1）經(jīng)過真空脈沖滲碳和真空感應(yīng)脈沖滲碳后，TA2鈦合金表面均形成了一層均勻的TiC相，有效地改善了鈦合金的表面硬度，提高了TA2鈦合金的耐磨性。并且隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)，TiC相也隨之增多，同時(shí)溫度的增長(zhǎng)對(duì)于TiC相的增長(zhǎng)有正相關(guān)影響。

2）根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著溫度、壓強(qiáng)、CHA/C2H2滲碳?xì)夥张浔鹊脑黾樱?jīng)過真空脈沖滲碳和真空感應(yīng)脈沖滲碳后的TA2鈦合金表面硬度、滲層深度、耐磨性均隨之增加。根據(jù)直觀分析圖和方差實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相對(duì)于甲烷/乙炔氣體配比和壓強(qiáng)，溫度對(duì)鈦合金滲碳滲層硬度、厚度及耐磨性能影響均較高。

3）隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)，滲碳層厚度隨之增加。通過動(dòng)力學(xué)擬合可知，TA2 鈦合金真空脈沖滲碳主要受“內(nèi)擴(kuò)散”控速環(huán)節(jié)控制，相關(guān)系數(shù)平方R2為0.994，表觀活化能為 26.87 kJ/mol。真空脈沖感應(yīng)滲碳過程則受到“表層吸附”與“內(nèi)擴(kuò)散”兩種環(huán)節(jié)混合控制，擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)平方R²達(dá)到0.980。混合控速環(huán)節(jié)調(diào)配系數(shù) n 為0.9465，說明“內(nèi)擴(kuò)散”為該反應(yīng)的主要控速環(huán)節(jié)。表觀活化能為198.45kJ/mol。將“目標(biāo)滲碳深度”設(shè)置為150μm，真空脈沖滲碳需要1109min，而真空感應(yīng)脈沖滲碳僅需168min，可知感應(yīng)加熱極大地提高了滲碳效率。根據(jù)相關(guān)擬合結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化 TA2 鈦合金滲碳工藝，在真空脈沖滲碳實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)擴(kuò)散環(huán)節(jié)占主要影響，在滲碳實(shí)驗(yàn)中可以增強(qiáng)碳勢(shì)，提高環(huán)境中活性碳原子濃度。

4）真空感應(yīng)滲碳實(shí)驗(yàn)極大地縮減了滲碳時(shí)間，在同等滲碳條件下，真空管式爐經(jīng)8小時(shí)滲碳實(shí)驗(yàn)后，硬度為947.5HVo.o2s，滲層深度為96 μm，而真空感應(yīng)脈沖滲碳2小時(shí)后，滲層深度可達(dá)108μm，硬度達(dá)到1070.5HVo.025。

5）隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)，TA2鈦合金的耐磨性也隨之提升。經(jīng)2h真空脈沖感應(yīng)滲碳后其磨損量（7.1×10~cm3）僅為原樣的1/138。經(jīng)8h真空脈沖滲碳后的磨損量也可達(dá)到1.09×10³cm³。溫度對(duì)滲碳層耐磨性影響很大，940、920℃處理的合金耐磨性均遠(yuǎn)高于900℃。