L-PBF Ti6Al4V的表面氮化处理及腐蚀磨损性能研究

目的 钛合金的耐蚀性能好,但耐磨损性能较差,大大限制了钛合金在许多工业及医学领域的应用.通过对L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金在高纯氮气环境下进行氮化处理,探究氮化处理温度和原始组织差异对氮化处理结果及耐腐蚀磨损性能的影响.根据实验结果讨论不同氮化处理工艺下 Ti6Al4V 合金的组织演变,以及组织与腐蚀磨损的关系.方法 对轧制Ti6Al4V和L-PBF Ti6Al4V分别进行不同温度下的气体氮化处理,通过显微组织分析、力学性能测试、SEM、CLSM、腐蚀磨损测试等方法系统地研究氮化处理工艺对其耐腐蚀磨损性能的影响.结果 随着温度的升高,氮化物层和扩散层的厚度逐渐增加,氮化物主要由TiN和Ti2N组成.经氮化处理后,L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金的氮化物层厚度分别达到10.2、8.23 μm,显微硬度分别达到 1 251HV0.2、1 290HV0.2.合金的腐蚀磨损性能得到大幅提高,磨损与腐蚀之间的协同作用加速了材料的损失.未处理的 Ti6Al4V 合金的磨损类型以磨粒磨损为主,而经氮化处理后合金的磨损机制变为磨粒磨损与黏着磨损的组合.结论 轧制态Ti6Al4V中较多的β相促进了N的扩散,因而在试样中获得了更宽的固溶区;L-PBF Ti6Al4V中高含量α'相的存在促进了氮化物层的形成,使得L-820 和L-920 试样的氮化物层更厚.