钛金属(B4C+B2O3)固体粉末渗硼

　　钛及其合金比强度高，其广泛应用在航空、医用、国防及民用等诸多领域[1]。然而钛金属硬度低、耐磨性差，这些缺点严重限制了其更广泛的应用[2,3]。国内外众多研究者对此展开了研究，以提高其耐磨性能[4-8]。在众多的提高耐磨研究工艺中，表面渗硼被认为是一种能有效提高钛金属表面硬度，显著提高其耐磨性能的方法。常见的渗硼工艺有固体渗硼、熔盐渗硼、气体渗硼以及等离子渗硼等工艺，固体渗硼工艺较为简单、操作简便而更为常用。Sarma[5]等以非晶硼、无水硼砂为介质在工业纯钛表面用固体粉末合成TiB2-TiB双层硼化层，其研究结果表明，在钛转变温度附近(α→β)，生成硼化层的速率最快。然而非晶硼价格昂贵，所以能否在生成硼化层的同时降低渗硼的成本成为推动钛金属广泛应用的首选问题。Tian[9]以钛粉、硼粉为原料，通过激光合金化的方法在钛合金(Ti-6Al-4V)金属表面合成TiB。因此，在钛金属表面生成TiB硼化层，以提高钛金属的耐磨性能是可行的。再者，从涂层的观点来看，TiB为晶须状晶体，它可牢牢嵌入钛基体中，大大提高涂层的寿命和性能。最后，在表面生成TiB比生成TiB2消耗的硼源更少，降低了渗硼的成本。

　　本研究以工业纯钛为基体，以B4C和B2O3为硼源，以Al2O3为填充剂通过固体粉末渗硼的方式在钛金属表面进行渗硼处理。

　　1 实 验

　　实验所用的金属钛级别为工业纯TA2(杂质含量为Fe≤0.3%，Si≤0.15%，C≤0.1%，N≤0.05%，O≤0.2%，H≤0.02%)。B4C含量大于99%，粒径约为4μ。B2O3为分析纯。所有试剂在使用前均在150℃的烘箱中保温24h。

　　分别用400#、600#、800#、1200#和2000#的SiC金相砂纸对钛金属试样进行打磨、抛光，然后在绒布上用抛光粉对样品进行抛光至镜面，最后用kroll试液对样品进行侵蚀，吹干待用。以B4C在(B4C+B2O3)中的质量分数为30%的渗硼剂200 g左右混合均匀，装入石墨坩锅中，把钛板连接在吊杆上掩埋在渗硼剂中间，压实。石墨坩锅连同吊杆垂直放置在电阻炉中。按预定的升温程序升至900℃，保温6h进行渗硼处理。以B4C在(B4C+B2O3)中的质量分数为40%的渗硼剂200g左右，按上述同样的操作步骤升温至900℃，保温时间相同。以B4C在(B4C+B2O3)中的质量分数为40%的渗硼剂200g左右，按上述同样的操作步骤升温至1050℃，保温时间相同。

　　渗硼处理完毕后，把试样从渗硼剂中取出，清理掉钛金属表面的渗硼剂等杂质，分别用600#、800#、1200#和2000#的SiC金相砂纸对钛金属试样进行打磨、抛光，然后在绒布上用抛光粉对样品进行抛光至镜面，最后用kroll试液对样品进行浸蚀，最后在丙酮中超声干净。