钛合金离子渗氮
TC4钛合金离子渗氮组织与力学性能
采用日本岛津 XRD6000 型 X 射线衍射仪分析渗氮层相结 构，利用 ZEISS Axlover200MAT 光学显微镜观察显微组织，采用 威尔逊 2100B 硬度计检测显微硬度（HV2），采用 INSTRON5885 型电子式万能拉伸试验机测试拉伸性能，采用 JNS-300 型冲击试 验机测试夏比冲击功，利用日本电子 JSM480 型扫描电镜观察断 口形貌。金相试样腐蚀液为 ：10%HNO3+5%HF+85%H2O（体积 分数）。
收稿日期 ：2020-05 作者简介 ：都海刚，男，生于 1981 年，本科，研究方向 ：钛及钛合金熔炼加工 及表面改性处理。
图 1 TC4 基体组织 ×200 11
I 行业发展 ndustry development
图 2 TC4 渗氮层组织 ×200 2.2 渗氮层相结构
图 2 为 TC4 钛合金表面离子渗氮层的 X 射线衍射谱，分析 可 知，渗 氮 层 由 3 种 相 构 成，即 化 合 物 Ti2N，化 合 物 TiN 及 由 Al3Ti、Ti 和 Ti2N 组成的 a-Ti 固溶体，其中以 Ti2N 和 Ti 相为主。
离子渗氮技术在 TC4 钛合金表面制备了厚度约 100μm 的渗氮层，利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和 X 射线衍射（XRD）
等分析了其显微组织及相结构，测试了其维氏硬度、夏比冲击功及拉伸性能，分析了其断裂行为。结果表明，TC4 钛合金离子渗
TC4钛合金低压真空渗氮处理
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟TC4 钛合金低压真空渗氮处理为了改善表面性能，对TC4 钛合金在不同温度下进行低压真空渗氮处理。
采用扫描电子显微镜和X 射线衍射分析了渗氮层的组织结构，测试了渗氮层的显微硬度和耐磨性。
结果表明，TC4 钛合金经低压真空渗氮处理后，可获得由表层TiN 和次表层Ti2AlN 组成的改性层。
温度较低时，表面形成氮化物数量较少，渗层较薄，硬度较低。
随温度升高，氮化物数量增多，渗层厚度增加，硬度及耐磨性也随之增加，温度达820 ℃时，表面硬度可达1000 ～1100 HV，硬化层深度为50 ～60 μm。
温度继续增加，氮化物聚集长大，渗氮层开始变得疏松，硬度及耐磨性下降。
钛及其合金由于其优异的物理、化学和力学性能，特别是高的耐蚀性、比强度和良好的生物相容性，己成为航天航空领域和生物医药行业最具魅力的材料，并广泛用于其它各个领域。
但这类材料因表面耐疲劳、硬度、耐磨损和微动磨损性能差的缺点使其应用受到限制。
钛的氮化物具有高硬度、低摩擦系数、优异的化学稳定性、良好的生物兼容性和导电性等优点，广泛用于机械、电子、医学、装饰等领域。
赵斌等采用石英管炉用氨气对钛合金进行渗氮，耐磨性较未渗氮试样提高近两倍，但硬化层深度仅为几微米，处理时间长达50h。
Zhao 等用等离子喷涂对Ti-6Al-4V 合金进行处理，原位形成TiN，显著提高了钛合金耐磨性。
但喷涂后涂层表面较粗糙，因为喷涂速度高，喷涂不易控制。
郭爱红等用磁控溅射的方法在钛合金表面制备TiN 涂层，极大改善了钛合金抗磨损性能，但经磁控溅射法处理膜层和基体间存在明显的界面，结合强度差，涂层薄，许多性能指标不是很理想。
Jiang 等采用激光处理方法在钛合金表面制备TiN 涂层，得到了高硬度高耐磨而且具有一定厚度的改性层，但激光氮。
TC4钛合金的双辉等离子渗氮
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～试验研究～櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡收稿日期：２０２０ １１ ３０作者简介：胡巍（１９８９—），男，江苏泗阳人，硕士研究生，从事金属材料表面改性等研究工作。
联系电话：１３８０９０９７９１３；Ｅ ｍａｉｌ：ｈｕｗｅｉ１１１２２＠１６３．ｃｏｍ通信作者：梁文萍（１９６６—），女，山西平遥人，教授，研究方向为金属表面合金化。
联系电话：１５９９６２３９３９５ＴＣ４钛合金的双辉等离子渗氮胡 巍，梁文萍（南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京２１１１００）摘 要：钛合金具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等优点，但耐疲劳性能、耐磨性较差，使其应用受到限制。
为了改善钛合金的表面性能，对ＴＣ４钛合金进行了双辉等离子渗氮，并研究了渗氮气氛中氩气与氮气的流量比对渗氮层硬度、相结构、弹性模量和摩擦磨损性能等的影响。
双辉等离子渗氮的工艺参数：氩气与氮气的流量比为１∶１、１∶２和１∶３，极间距１０ｍｍ，工件电压５２０Ｖ，源极电压９２０Ｖ，渗氮时间５ｈ。
结果表明：采用氩气与氮气的流量比为１∶３的渗氮气氛等离子渗氮的合金渗层较厚，约１０μｍ，表面硬度最高，为１２９６．２５ＨＶ０．２，且其摩擦因数曲线也为最优，耐磨性能最为优异。
关键词：ＴＣ４合金；双辉等离子渗氮；摩擦磨损；抗变形性能中图分类号：ＴＧ１５６．８＋２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８ １６９０（２０２１）０２ ０００７ ０７ＤｏｕｂｌｅＧｌｏｗＰｌａｓｍａＮｉｔｒｉｄｉｎｇｏｆＴＣ４ＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙＨＵＷｅｉ，ＬＩＡＮＧＷｅｎｐｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１００，ＪｉａｎｇｓｕＣｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｈａｓｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｇｏｏｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｔｏｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｈｅａｔｂｕｔｐｏｏｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｔｏｆａｔｉｇｕｅａｎｄｗｅａｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｂｙｉｓｕｓｅｄｗｉｔｈｉｎｌｉｍｉｔｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ，ＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｗａｓｎｉｔｒｉｄｅｄｂｙａｄｏｕｂｌｅｇｌｏｗｐｌａｓｍａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｒａｔｉｏｏｆａｒｇｏｎｆｌｏｗｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｆｌｏｗｉｎｎｉｔｒｉｄｉｎｇａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｏｎｈａｒｄｎｅｓｓ，ｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ，ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｄｏｕｂｌｅｇｌｏｗｐｌａｓｍａｎｉｔｒｉｄｉｎｇｗｅｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｒａｔｉｏｓｏｆａｒｇｏｎｆｌｏｗｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｆｌｏｗｏｆ１ｔｏ１，１ｔｏ２ａｎｄ１ｔｏ３，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｐａｃｉｎｇｏｆ１０ｍｍ，ｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｖｏｌｔａｇｅｏｆ５２０Ｖ，ｔｈｅｓｏｕｒｃｅｖｏｌｔａｇｅｏｆ９２０Ｖ，ａｎｄｔｈｅｎｉｔｒｉｄｉｎｇｔｉｍｅｏｆ５ｈ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｌｌｏｙｐｌａｓｍａｎｉｔｒｉｄｅｄｉｎａａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｗｈｏｓｅａｒｇｏｎｆｌｏｗｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｆｌｏｗｒａｔｉｏｗａｓ１ｔｏ３ｅｘｈｉｂｉｔｅｄｔｈｉｃｋｅｒｃａｓｅｏｆａｂｏｕｔ１０μｍ，ｍａｘｉｍｕｍｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆ１２９６．２５ＨＶ０．２，ｔｈｅｂｅｓｔｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｕｒｖｅａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＣ４ａｌｌｏｙ；ｄｏｕｂｌｅｇｌｏｗｐｌａｓｍａｎｉｔｒｉｄｉｎｇ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｅａｒ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ０ 引言钛合金因具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等优点［１ ２］，是２０世纪５０年代发展起来的一种重要结构材料，已广泛应用于航空工业，如飞机发动机风扇、压气机轮盘和叶片等重要构件。
阳极氧化及等离子渗氮对纯钛腐蚀性能的影响
阳极氧化及等离子渗氮对纯钛腐蚀性能的影响徐文秀;栗巧玲;孔祥盼【摘要】目的:模拟口腔环境,研究阳极氧化纯钛试样及等离子渗氮纯钛试样在pH=6.8的人工唾液中的腐蚀情况.方法:采用塔菲尔(tafel)曲线测试,测定阳极氧化纯钛试样及等离子渗氮纯钛试样在pH=6.8的人工唾液中的自腐蚀电流密度(Icorr),并以自然氧化纯钛试样为对照组进行比较分析.场发射扫描电镜(FSEM)观察不同纯铁试样腐蚀前后形貌.结果:阳极氧化及等离子渗氮对纯钛腐蚀性的影响均有显著性,P<0.05.Icorr均明显减小,腐蚀速度减慢.阳极氧化纯钛试样在pH=6.8的人工唾液中Icorr最小,耐腐蚀性能好.结论:阳极氧化及等离子渗氮两种表面处理方法可以显著提高纯钛试样在pH=6.8的人工唾液中的耐腐蚀性;进行阳极氧化表面处理后纯钛试样的耐腐蚀性能更优.【期刊名称】《牡丹江医学院学报》【年(卷),期】2011(032)003【总页数】4页(P29-32)【关键词】纯钛;阳极氧化;等离子渗氮;腐蚀;塔菲尔曲线【作者】徐文秀;栗巧玲;孔祥盼【作者单位】牡丹江医学院附属红旗医院口腔科,黑龙江,牡丹江,157000;牡丹江医学院附属红旗医院口腔科,黑龙江,牡丹江,157000;牡丹江医学院附属红旗医院口腔科,黑龙江,牡丹江,157000【正文语种】中文由于钛及钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和适宜的机械强度，近年来在牙科领域得到越来越广泛的应用［1］。
临床观察表明，钛修复体在口腔内使用一定时间后，发生失泽等腐蚀现象［2］因此本实验通过对纯钛试样进行阳极氧化及等离子渗氮表面处理，模拟口腔环境采用tafel曲线测试试样的自腐蚀电流密度，研究阳极氧化及等离子渗氮能否提高纯钛试样的耐腐蚀性能、改善表面状态延长使用寿命，以及对纯钛试样进行何种表面处理后耐腐蚀性能更优。
1 材料与方法1.1 实验仪器与材料实验中应用的仪器与材料主要有:纯钛(TA2型)锭(宝鸡鑫诺新金属材料有限公司)，PG－2B金相试样抛光机(上海金相机械设备有限公司)，Wyk －603直流稳压稳流电源，等离子渗氮机(哈尔滨工业大学材料学院提供)，CHI630A电化学分析仪(上海辰华仪器公司)。
离子预氧化催渗快速离子渗氮技术
离子预氧化催渗快速离子渗氮技术离子预氧化催渗快速离子渗氮技术（Ion Preoxidation Assisted High-Speed Ion Nitriding Technology）是一种先进的表面处理技术，可在短时间内实现材料表面的高效渗氮，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
离子渗氮是一种通过将氮离子注入材料表面来改善材料性能的方法。
传统的离子渗氮技术在渗氮过程中需要较长的时间，并且容易造成材料表面的氮化层厚度不均匀。
而离子预氧化催渗技术通过在渗氮前对材料表面进行预处理，可以加速渗氮过程，同时提高氮化层的均匀性。
离子预氧化催渗快速离子渗氮技术的核心是在渗氮前对材料表面进行氧化处理。
氧化处理可以形成一层薄薄的氧化层，有效地提高材料表面的反应活性。
在离子渗氮过程中，氧化层可以促进氮离子的扩散和吸附，加快渗氮速度。
同时，氧化层还可以起到抑制氮化层生长的作用，提高氮化层的均匀性和致密性。
离子预氧化催渗快速离子渗氮技术的优势主要体现在以下几个方面：1. 快速渗氮：离子预氧化催渗技术可以大大缩短渗氮时间，相比传统的离子渗氮技术，渗氮速度提高了几倍甚至十几倍。
这对于需要快速提高材料性能的应用场景非常有益。
2. 均匀渗氮：离子预氧化催渗技术通过氧化层的形成，可以有效地抑制氮化层的生长，提高氮化层的均匀性。
这对于一些对于氮化层均匀性要求较高的材料特别重要，可以避免因渗氮不均匀而引起的性能差异。
3. 降低温度：离子预氧化催渗技术可以在较低的温度下实现高效渗氮。
这对于一些热敏性材料来说非常重要，可以避免材料因高温处理而发生退火或变形。
4. 易于控制：离子预氧化催渗技术可以通过调节氧化层的厚度和渗氮参数来实现对渗氮过程的精确控制。
这对于不同材料和不同要求的应用来说非常重要，可以根据具体需求进行定制化处理。
离子预氧化催渗快速离子渗氮技术在工业生产中有着广泛的应用前景。
它可以应用于各种金属材料的表面处理，如钢铁、铝合金、钛合金等。
钛合金离子渗氮表面完整性研究
钛合金离子渗氮表面完整性研究摘要：本文通过对钛合金进行离子渗氮表面处理，探讨了不同离子渗氮处理参数对钛合金表面完整性的影响。
采用SEM、XRD和EDS等多种表征手段对处理前后的样品进行表面形貌、组成和结构等方面进行分析和比较。
结果表明，随着离子渗氮处理时间和温度的增加，钛合金表面硬度和耐磨性均得到明显提高，但其受力性能有所降低，且表面质量会出现不同程度的缺陷和氧化现象。
通过适当地控制离子渗氮处理参数，能够获得具有较高表面完整性的钛合金材料。
关键词：离子渗氮、钛合金、表面完整性、硬度、耐磨性1. 引言钛合金是一种广泛应用于航空、航天、生物医学等领域的高性能材料，其优异的机械性能和生物相容性备受关注。
然而，由于其表面质量的限制，其应用受到了一定的限制。
为了提高钛合金的表面完整性和耐磨性，目前普遍采用离子渗碳、氮、氢等处理技术。
其中，离子渗氮作为一种有效的提高钛合金表面硬度、耐磨性的方法备受关注。
2. 实验方法采用CNC-16型离子渗氮机对TA2钛合金进行离子渗氮处理。
处理分别采用不同的温度、时间和氮气流量参数，分别取样测量样品的硬度及XRD分析其晶体结构，SEM和EDS等表征手段进行样品表面形貌及化学组成的分析。
3. 结果与讨论3.1 离子渗氮处理对表面硬度的影响随着离子渗氮时间和温度的增加，样品表面的硬度和耐磨性均得到了提高。
其中，在温度为550℃、氮气流量为10ml/min、处理时间为5小时的处理条件下所获得的钛合金表面硬度最大，约为900-1100HV。
这说明离子渗氮处理是一种可以有效提高钛合金表面硬度和耐磨性的方法。
3.2 离子渗氮处理对表面完整性的影响离子渗氮处理对钛合金表面质量的影响十分显著。
在离子渗氮处理过程中，随着处理时间的增加，钛合金表面会出现不同程度的氧化和缺陷现象，导致表面完整性受到影响。
同时，较高的温度和氮气流量也会引起表面缺陷和氧化现象的产生。
因此，在离子渗氮的处理过程中，需要适当控制处理参数，以获得具有较高表面完整性的钛合金材料。
钛催渗低温离子渗氮对304_不锈钢组织性能的影响
表面技术第52卷第10期钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响李润涛1a,b，孙斐1a,3，汪丹丹1a,b，魏坤霞1a,2，杨卫民1a,c，胡静1a,b,2*（1.常州大学 a.江苏省材料表面科学与技术重点实验室 b.材料科学与工程国家级实验教学示范中心，江苏 常州 213164；2.常州大学 怀德学院，江苏 靖江 214500；3.常州工业职业技术学院 现代装备制造学院，江苏 常州 213164）摘要：目的在保障304奥氏体不锈钢良好耐蚀性前提下，研发显著改善表层硬度及耐磨性的低温高效离子渗氮技术。
方法低温离子渗氮时，在试样周围均匀放置微量海绵钛，研发304奥氏体不锈钢创新钛催渗低温离子渗氮技术。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损测试仪，以及电化学工作站等设备分别对试样截面显微组织、物相及成分、截面显微硬度、渗层耐磨性能、耐蚀性能等渗层组织性能进行测试与分析。
结果 304奥氏体不锈钢在420 ℃/4 h钛催渗离子渗氮处理后，不仅保持了良好耐蚀性，且渗层耐蚀性比常规低温离子渗氮略有提升，同时，表面硬度与耐磨性大幅提高，表面硬度由常规离子渗氮的978HV0.025提升至1350HV0.025。
磨损率由20.9 μg/(N·m)降低至7.4 μg/(N·m)，下降了约2/3。
特别有价值的是，钛催渗低温离子渗氮效率比传统离子渗氮显著提升，渗氮层厚度由常规离子渗氮的11.37 μm增厚到48.32 μm，即渗氮效率提高到常规离子渗氮的4倍以上。
结论本研究研发的钛催渗低温离子渗氮技术在保障304奥氏体不锈钢优良耐蚀性的同时，能够大幅度提升不锈钢表面硬度及耐磨性能，且具有显著的催渗效果。
关键词：钛催渗；离子渗氮；304奥氏体不锈钢；耐蚀性；硬度；耐磨性中图分类号：TG178 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)10-0422-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.10.038Effect of Low Temperature Plasma Nitriding with Ti Catalyst onthe Microstructure and Properties of 304 Stainless Steel LI Run-tao1a,b, SUN Fei1a,3, WANG Dan-dan1a,b, WEI Kun-xia1a,2, YANG Wei-min1a,c, HU Jing1a,b,2*(1. a. Jiangsu Key Laboratory of Materials Surface Science and Technology, b. National Experimental DemonstrationCenter for Materials Science and Engineering, Changzhou University, Jiangsu Changzhou 213164, China;2. Huaide College, Changzhou University, Jiangsu Jingjiang 214500, China;3. Institute of Modern EquipmentManufacturing, Changzhou Institute of Industry Technology, Jiangsu Changzhou 213164, China)收稿日期：2022-08-03；修订日期：2023-02-16Received：2022-08-03；Revised：2023-02-16基金项目：国家自然科学基金（21978025, 51774052）；江苏省第三期优势学科建设项目（PAPD-3）；江苏高校品牌专业建设工程资助项目(TAPP)；材料表面科学与技术重点实验室开放课题；江苏省研究生创新基金项目（CX10292）Fund：The "National Natural Science Foundation of China (21978025; 51774052); Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD-3); Top-notch Academic Program Projects of Jiangsu Higher Education Institutions (TAPP); Open Project of Jiangsu Key Laboratory of Materials Surface Science and Technology and Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province（CX10292）引文格式：李润涛, 孙斐, 汪丹丹, 等. 钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响[J]. 表面技术, 2023, 52(10): 422-429.LI Run-tao, SUN Fei, WANG Dan-dan, et al. Effect of Low Temperature Plasma Nitriding with Ti Catalyst on the Microstructure and Properties of 304 Stainless Steel[J]. Surface Technology, 2023, 52(10): 422-429.*通信作者（Corresponding author）第52卷第10期李润涛，等：钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响·423·ABSTRACT: 304 austenitic stainless steel has excellent corrosion resistance, but its poor hardness and wear resistance make it hard to meet the requirements in some applications, and thus surface modification is required to promote its practical applications. Plasma nitriding (PN) is a widely used surface modification technology, while higher temperature plasma nitriding results in a decrease of the corrosion resistance and lower temperature plasma nitriding (LPN) brings about quite low efficiency.In order to overcome the problems in the traditional plasma nitriding, low temperature plasma nitriding with Ti catalyst is primarily proposed in this study, and the research aims to effectively enhance the hardness and wear resistance without reduction of corrosion resistance and with high efficiency. To reach this research goal, low temperature plasma nitriding with Ti catalyst (LPNTi) was conducted at 420 ℃ for 4 h by putting some amount of sponge titanium around the samples during plasma nitriding, and the effect of plasma nitriding with Ti catalyst on the microstructure and properties of 304 austenitic stainless steel was systematically investigated by optical microscope, SEM, EDS, X-ray diffractometer (XRD), microhardness tester, friction and wear tester, electrochemical workstation, etc. The results indicated that excellent corrosion resistance of 304 austenitic stainless steel was kept and even turned to be better after plasma nitriding with Ti catalyst compared with that under traditional plasma nitriding, with the corrosion potential increasing from –320.77 mV to –316.68 mV. SEM, XRD and EDS analysis showed that LPNTi layer was mainly composed of S phase, αN and a little Ti2N with high hardness, which meant that Ti was helpful for the phase transformation of γ to α, and αN was formed due to this phase transformation. The surface hardness could be significantly enhanced from 978HV0.025 by plasma nitriding to 1350HV0.025 by plasma nitriding with Ti catalyst due to the double strengthening effect from αN and Ti2N, which was more than 6 times of 208HV of the matrix. Meanwhile, the wear resistance was dramatically enhanced, the friction coefficient decreased from 0.96 to 0.42, the weight wear rate decreased from20.9 μg/(N·m) to 7.4 μg/(N·m), decreasing by about 2/3, and the wear marks became much narrower and shallower and the weararea was reduced greatly. More importantly, the nitriding efficiency was remarkably improved as well, with the thickness of nitrided layer increasing from 11.37 um by PN to 48.32 um by LPNTi under the same nitriding condition of 420 ℃/4 h, more than 4 times thicker than that by PN. In all, the excellent corrosion resistance of 304 austenitic stainless steel can be held and even becomes better after low temperature plasma nitriding with Ti catalyst (LPNTi) treatment. The surface hardness and wear resistance can be dramatically enhanced due to the formation of S phase strengthened by αN and a little Ti2N. More importantly, the treatment efficiency of plasma can be remarkably improved, which is more than 4 times of that by plasma nitriding.KEY WORDS: Ti catalyst; plasma nitriding; 304 austenitic stainless steel; corrosion resistance; hardness; wear resistance奥氏体不锈钢因具有优异的耐蚀性能与良好的塑性及韧性，在深海、化工、医疗、食品等工业领域有广泛的应用[1-2]。
气相沉淀氮化钛与渗氮工艺
气相沉淀氮化钛与渗氮工艺
气相沉淀氮化钛（TiN）是一种极其坚硬的陶瓷材料，通常用作钛合金、钢、碳化物和铝部件上的物理气相沉积（PVD）涂层。
这种涂层的主要用途包括硬化和保护切割和滑动表面，用于装饰目的（因其金色外观），以及作为医疗植入物的无毒外层。
TiN的维氏硬度为1800–2100，弹性模量为
251 GPa，热膨胀系数为9.35×10−6 K−1，超导转变温度为5.6 K。
渗氮是一种化学热处理工艺，通过在一定温度下和一定介质中使氮原子渗入工件表层。
这种工艺可以提高工件表面的硬度，增强其耐磨性，并改善其抗腐蚀性。
渗氮工艺主要包括液体渗氮、气体渗氮和离子渗氮。
其中，气体渗氮是一种常见的渗氮方法，它通过将工件放入密封容器中，通入流动的氨气并加热，使氨气热分解产生活性氮原子，这些氮原子会吸附并扩散到工件表面，从而改变其表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。
气相沉淀氮化钛与渗氮工艺的主要区别在于，前者是一种在基材表面形成TiN涂层的工艺，后者则是通过渗氮处理改变工件表层的化学成分和组织，以提高其性能。
然而，这两种工艺都涉及到氮原子与工件表面的相互作用，以实现工件表面的改性和强化。
以上信息仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询相关领域的专家。
tc4钛合金渗氮特点
tc4钛合金渗氮特点
TC4钛合金的渗氮主要有以下几个特点：
1. 形成富氮硬化层：渗氮过程中，氮原子渗入钛合金表面，形成富氮硬化层，以提高钛合金表面的硬度和耐磨性。
2. 改善耐腐蚀性：渗氮可以改变钛合金表面的化学成分和组织结构，提高其耐腐蚀性能。
3. 增加残余压应力：渗氮过程中，氮化物的形成会使钛合金表面产生残余压应力，有助于提高钛合金的疲劳强度和耐磨性。
4. 提高显微硬度：渗氮可以显著提高钛合金表面的显微硬度，使其具有更好的抗磨损性能。
5. 工艺参数影响：渗氮的工艺参数对钛合金的渗氮效果有很大影响，如渗氮温度、时间、气氛等。
总之，TC4钛合金的渗氮处理可以提高其硬度和耐磨性，改善耐腐蚀性能和疲劳强度，但具体的渗氮工艺参数需要根据实际需求进行调整。
TA7钛合金离子渗氮与PVD涂敷TiN涂层工艺对比研究
TA7钛合金离子渗氮与 PVD涂敷 TiN涂层工艺对比研究海装广州局驻贵阳地区军事代表室，贵州，贵阳，550081摘要：在某型发动机研制过程中，为了强化TA7钛合金表面耐磨性，及解决TA7钛合金离子氮化变形控制问题，我们进行了钛合金离子氮化及PVD涂敷TiN涂层工艺对比分析研究。
通过在某型机不同零件及不同试验条件下的对比分析，证明了 PVD涂覆TiN涂层工艺能够满足航空发动机钛合金表面耐磨要求。
关键词：TA7钛合金；PVD涂敷TiN涂层；钛合金离子氮化前言在强化TA7钛合金表面耐磨性方面，某型发动机研制主要经历了PVD涂敷TiN涂层--钛合金离子氮化--PVD涂敷TiN涂层三个阶段。
早期，由于国内钛合金离子氮化方面还处于空白，无法满足某型发动机的研制要求，因此我们采用在TA7钛合金表面PVD涂敷TiN涂层的方法来代替钛合金离子氮化工艺。
1 研究背景在早期研究中，采用PVD涂敷的零件为某型发动机1号轴承座、1号轴承衬套、1号轴承支架三个件号。
该型发动机中的两台就是采用的PVD涂敷TiN涂层方法制备零件。
根据与采用此项涂层技术的其他型号发动机对照的结果，我们在其他5个件号的表面增加了真空渗氮的要求，此时离子氮化的零件号增加到8个件号，分别为2号轴承座、3号轴承座、1号支架、1号轴承衬套、2号轴承衬套、3号轴承衬套、4号轴承衬套、1号轴承支架。
我们进行了钛合金真空离子氮化的技术攻关，并进行渗氮零件的生产。
但是，到现在为止还未找到合适的方法解决零件的氮化变形控制问题，也没有相应的检验标准可以借鉴。
为了解决TA7钛合金离子氮化变形控制问题，我们针对离子氮化后尺寸变形最大的3号轴承座（最大变形0.158mm），开展了PVD涂覆TiN涂层工艺试验，及TA7合金离子渗氮与PVD涂敷TiN涂层工艺对比分析研究。
为进一步验证用PVD涂覆TiN涂层代替发动机中央传动装置中2号轴承座和3号轴承座的真空渗氮处理的可行性，通过工艺对比分析，决定对其他几台同型号发动机的中央传动装置的2号轴承座和3号轴承座进行PVD涂敷TiN。
钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能
钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能摘要：本文应用钛合金离子渗氮技术对Ti6Al4V合金进行表面处理，研究了离子渗氮后其组织及耐磨性能的变化。
通过扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等分析手段，发现在渗氮处理后，Ti6Al4V合金表面生成了一层致密的氮化层，且氮化层的厚度随着处理时间的增加而增加。
同时，离子渗氮显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性能。
当渗氮时间为4h时，钛合金的硬度和耐磨性分别增加了约4倍和6倍。
本文结果表明，离子渗氮技术是一种有效的表面处理方法，可显著提高钛合金的表面硬度和耐磨性。
关键词：钛合金；离子渗氮；氮化层；硬度；耐磨性1. 引言近年来，随着工业生产对高强度、高耐磨性材料的需求不断增加，钛合金作为一种具有优异性能的工程材料被广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
然而，由于钛合金表面易受到机械损伤和化学腐蚀的影响，因此表面处理技术成为了提高钛合金耐磨性和使用寿命的重要手段之一。
离子渗氮技术因其处理效果稳定、操作简便、成本较低等特点而得到了广泛应用。
2. 实验本次实验使用Ti6Al4V合金为研究对象，采用离子渗氮技术对其表面进行处理。
处理条件如下：离子源为氨气，处理压力为0.1Pa，处理温度为550℃，处理时间分别为2h、4h、6h、8h。
处理后，使用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等手段对样品进行表征和测试。
3. 结果与分析扫描电镜和透射电镜结果表明，在离子渗氮后，钛合金表面形成了一层致密的氮化物薄膜，膜层厚度随着处理时间的增加而增加。
当处理时间为4h时，薄膜厚度达到了约5μm。
X射线衍射结果显示，该薄膜主要是由钛氮化物和氮化铝组成的。
处理后的钛合金表面硬度进行了测试，其结果表明，随着处理时间的增加，钛合金的硬度呈现出明显的增加趋势。
当处理时间为4h时，钛合金的硬度达到了540Hv，相比未处理的钛合金提高了4倍。
耐磨性测试结果表明，离子渗氮能够显著提高钛合金表面的耐磨性。
当处理时间为4h时，钛合金的耐磨性提高了6倍。
钛合金离子渗氮
钛合金离子渗氮
室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。
中国分别以TA、TC、TB表示。
α钛合金：组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。
在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行常规热处理强化，室温强度不高。
β钛合金：未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好。
虽然钛合金是具有可贵综合性能的金属材料，但硬度低耐磨性差，极大地限制了其应用范围。
离子渗氮可大幅度提高钛合金的表面硬度，耐磨性（提高耐磨性三十多倍）、抗擦伤性能，还保持着钛良好的韧性和塑性。
钛合金经离子渗氮后还克服了钛在还原性介质中（如盐酸、稀硫酸等）不耐腐蚀的缺点，在33%盐酸中，腐蚀性能提髙数十倍；在20%盐酸和20%硫酸中，耐蚀性能提高几百倍。
钛合金离子渗氮工艺对离子渗氮设备要求高，除需具备常规离子渗氮设备的特性外，还需具备配置多路气氛和稳定的大功率脉冲电源，炉体需具备优良的冷却性能及耐高温性能。
工艺上通常采用不含氢的渗氮气氛，如纯氮或氮氩混合气，因为
对钛合金来说，氢脆是一个重要问题。
加辅助阴极钛板的离子渗氮工艺参数对TC4合金渗层厚度的影响
２结果与分析
２．１ 工艺参数对渗层厚度的影响 由于各试验采用了不同的工艺，渗层的厚度也
有较为明显的不同，表１给出了各种不同工艺下的 渗层厚度，表２给出了各参数下的厚度均值和极差。
表２ ＴＣ４合金渗氮ｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｏｉｌ ＴＣＡ ａｌｌｏｙ
通过适当调节气压及两阴极上的电压利用两阴极间空心阴极效应可使试样达到规定的温度对在不同工艺条件下的渗氮改性层厚度进行了测量以改性层厚度为依据计算并分析了各工艺参数对渗层厚度影响的极差值同时对优化工艺条件ecom24002h1xiover25cazeiss光学图像分析仪和gda750辉光光谱分析仪等检测了改性层硬度显微组织以及元素分布结果与分析试验因素渗层厚度试验方案基体温度气体介质保温时间工艺参数对渗层厚度的影响由于各试验采用了不同的工艺渗层的厚度也有较为明显的不同给出了各种不同工艺下的渗层厚度tc4合金渗氮层厚度分析结果tanalysiresulthenitridinglayerhicknetc4allo85085085095095095050932611502458899111260厚度均值m试验因素厚度极差28850774311889361914245314546585360356485渗氮试验试验材料为西北有色金属研究tc4合金处理前利用电火花将试样加工为mm渗氮前试样经过抛光表面粗糙度平均值ras2450型双层辉光离子渗金属真空炉辅助阴极pa
加辅助阴极钛板的离子渗氮工艺参数 对ＴＣ４合金渗层厚度的影响
詹科，曲均志，陈志勇，秦林，唐宾 （太原理工大学表面工程研究所，太原０３００２４）
摘要：在辉光离子气体技术的基础上加上辅助阴极钛板，对ＴＣ４舍金基材进行渗氮处理。通
过选择典型的基体温度、保温时间和气体介质，设计了一组正交试验，并以渗层厚度为依据分析了
钛合金渗氮实验记录
压力：0.01～0.015 MPa
进炉前用氩气洗气两次，然后放入炉内升温，到温度后抽真空30min充气，充气保温30min后抽真空保温30min，循环8小时后充氩气0.02 MPa关掉电源降温至320℃出炉
硬度
大试样表层514.7 480.30
小试样表层490.80 490.85次表层508.05 519.67
硬度
大试样次表层852.55 907.14 905.82表层438.07
小试样表层474.59次表层701.14 804.59 793.68
渗层厚度：
不同脉冲方式
1炉
工艺
介质纯氮
压力0.010-0.012MPa
10min+10min
时间8小时
实验前重量：TC4大7.5977小0.7762 TB8 0.7000 TC16最小试样0.4366
不同介质
第一炉
工艺：
温度850℃ 时间8h
介质 氨气
压力 0.025MPa
进炉前 先室温抽真空半0.5h小时，在充氨气0.5h 反复2次进行洗气
然后放入炉内升温，到温度后抽真空10min充气，半小时后抽真空马上充气，循环8小时后充气，关掉电源降温至390℃出炉
硬度测试：
实验力1.96N 加载时间15S
硬度
大试样表层770.79 760.05 792.96次表层
小试样表层673.31 656.48 664.67次表层771.73 772.17 740.05
渗层厚度：0.042 0.042 0.040
第十七炉
工艺
温度800℃ 时间8h
介质：氮气
压力：0.03 MPa
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钛合金离子渗氮
室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。
中国分别以TA、TC、TB表示。
α钛合金：组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。
在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行常规热处理强化，室温强度不高。
β钛合金：未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。
α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好。
虽然钛合金是具有可贵综合性能的金属材料，但硬度低耐磨性差，极大地限制了其应用范围。
离子渗氮可大幅度提高钛合金的表面硬度，耐磨性（提高耐磨性三十多倍）、抗擦伤性能，还保持着钛良好的韧性和塑性。
钛合金经离子渗氮后还克服了钛在还原性介质中（如盐酸、稀硫酸等）不耐腐蚀的缺点，在33%盐酸中，腐蚀性能提髙数十倍；在20%盐酸和20%硫酸中，耐蚀性能提高几百倍。
钛合金离子渗氮工艺对离子渗氮设备要求高，除需具备常规离子渗氮设备的特性外，还需具备配置多路气氛和稳定的大功率脉冲电源，炉体需具备优良的冷却性能及耐高温性能。
工艺上通常采用不含氢的渗氮气氛，如纯氮或氮氩混合气，因为
对钛合金来说，氢脆是一个重要问题。