TC4钛合金热氧化真空处理后表面性能的变化

刘宁宁，景建元，赵海云，王艳玲

北京金宇顺达科技股份有限公司 北京 100070

1 序言

Ti6Al4V合金是一种标准的α+β两相型钛合金，在我国相关标准中将其命名为TC4。TC4综合性能非常优异，超高的比强度使其广泛应用于航空航天领域，良好的耐蚀性使其广泛应用于船舶、化工领域，优异的生物性能使其广泛应用于生物医疗领域[1]。但是包括TC4在内的钛及钛合金硬度绝对值较低，耐磨损性能差，很多情况下还会与其他材料发生黏着磨损。TC4的这些性能劣势阻碍了其在某些领域的应用，例如军刀领域[2]。另外，由于TC4本身晶体结构的限制，它的硬度、耐磨性等性能指标通过时效强化等热处理手段提升的效果微乎其微，因此对于TC4而言，表面强化是提升其硬度、耐磨性等性能为数不多的方法之一。表面热氧化是一种有效且易于实现的方法，钛合金热氧化后，表面硬度会有显著提高[3]。不过，仅对钛合金表面做热氧化，尽管硬度提高，但耐磨性还是不够。氧化层若偏薄，则耐磨性不够；氧化层若偏厚，则容易剥落。因此，本文研究采用TC4钛合金热氧化后真空环境扩散的方式，探究氧化层的形貌以及相关硬度、磨损性质的变化[4，5]。

2 试验

试验用钛合金材料为退火态Ti6A l4V板材，主要化学成分为：wAl=6.24%、wV=4.04%、wFe=0.07%、wO=0.13%。将TC4板材经线切割得到5mm×10mm×10mm规格的试样。试样先使用240#、400#、800#和1200#不同砂纸依次打磨，然后抛光至镜面，抛光后的试样在无水乙醇中超声波清洗30min并吹干。

试验分以下两步：

1）热氧化。TC4试样在箱式电阻炉中进行热氧化，大气氛围。……