硼稀土共渗钛合金的耐蚀性研究

　　钛及其合金因密度小、比强度高、耐腐蚀性强、无磁、生物相容性好等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、冶金、生物医学等领域.钛合金表面渗硼可以在表层得到高硬相的硼钛化合物层，对于保护钛基体以及提高其耐磨性具有重要作用[1-2].本课题组采用自主开发的无需保护气氛的固体粉末渗硼技术在TC4合金表面获得了外层为TiB2、内层为TiB晶须的双层硼化物结构[3-4].表层的TiB2除了具有高硬度、高熔点、耐热冲击、抗氧化性等特点，以及良好的导电、导热性能，还能在HCl和HF酸中稳定，耐熔融金属腐蚀; 其用于电解铝生产中的电极，能较大幅度提高电流效率，降低生产成本.

　　为了缩短渗硼时间，提高渗硼效率，增加硼化物层厚度，可以采用多元共渗硼技术.稀土元素具有强烈的化学活性，它可与氧、氢、氮作用，形成相应的化合物，并能加快氮、氢化合物的分解.在渗硼的多元共渗中，稀土以其复合渗得到的表层硬度、耐氧化、耐蚀、耐热冲击性均优于单一渗硼而受到广泛关注[5-6]，已经成功地应用于碳钢、工具钢、不锈钢、模具等钢铁材料表面.本文采用固体粉末法对钛合金进行硼稀土共渗，研究稀土在渗硼层中的存在形式及渗硼层的耐蚀性能.

　　1 实 验

　　实验用基体材料为TC4钛合金，尺寸为15mm×10mm×3mm，其化学成分(质量分数，%)为: Al 6.05，V3.89，Fe0.203，O0.12，C0.01，H0.005，Ti余量.采用自行研制的渗硼剂，稀土添加剂为CeO2为主的稀土氧化物，其成分(质量分数，%)为:CeO299.9，La2O30.02 Pr6O110.03，Nd2O30.01，Sm2O30.01，Y2O30.003，SiO20.02CaO0.03.

　　对TC4钛合金进行前处理，首先采用金属洗净剂碱性溶液化学除油，加热至60～80℃浸泡除油1～3h，水洗后采用240，400，600，800，1000，1500，2000号水磨砂纸打磨，最后经表面抛光以及丙酮、去离子水超声清洗后备用.

　　将经过前处理的钛合金试样和稀土与粉末渗剂混合物(稀土加入量为5%)同时密封于刚玉坩埚中，为防止渗硼过程中钛合金的高温氧化，在刚玉坩埚外部涂有自制黏结剂( 黏结剂主要是由氧化镁与氧化铝混合物溶于饱和磷酸镁溶液中制得). 经100℃烘干后放入管式SiC炉内进行加热、保温和冷却处理，其中渗硼温度为1050℃，时间为10h. 经过渗硼处理后的TC4钛合金进行后处理: 镶样—不同型号的砂纸打磨—水洗—表面抛光—金相腐蚀. 腐蚀液由5%HF+10%HNO3+ 85%水(体积分数) 组成，腐蚀5～10s，尽量避免对组织的过腐蚀，然后用水冲洗并吹干.采用4XCE 系列金相显微镜(×400)和JSM7001F热场发射SSX-550型扫描电子显微镜(SEM)，加速电压为15.05kV，观察样品表面及断面形貌. 采用PW3040/60X型X射线衍射仪( 阳极靶为Cu靶，λ=0.154060nm)检测渗硼层的物相组成.