第十五届全国表面工程大会

利用渗硼技术改善钛合金耐磨性和高温抗氧化性已引起了广泛兴趣，但存在由渗硼层厚度小、硬度梯度大引起的易剥落与保护作用不够等问题，此与渗硼层中TiB晶须的形态密切相关。然而TiB晶须的生长与形态受合金元素影响，这种影响在过去的研究中往往被忽视。本次工作采用实验和第一性原理计算相结合的方法系统的探索了合金化对TiB晶须生长动力学以及对渗硼层厚度的影响。利用SEM和EPMA表征了渗硼层截面的微观形貌和元素分布情况；利用TEM表征了TiB/β-Ti界面的微观结构和合金元素分布；通过第一性原理计算系统的讨论了界面连接稳定性和合金元素对B原子在不同基体中扩散速率的影响。实验结果表明，Ti合金表面渗硼处理过程中，由外向内分别生成了TiB₂，TiB晶须+Ti基体和Ti基体层，并且在纯钛和钛合金中生成渗硼层的微观形貌存在明显差异。此外，计算结果表明，在TiB/β-Ti界面处形成了强的化学键连接结构，该种连接结构可以有效的传递外加载荷和减小应力集中。偏聚到界面处的合金元素增大了活性[B]原子的扩散能垒，减缓了活性[B]原子的扩散速率，降低了TiB晶须的生长速率。最终，基于结果，提出了一种Ti合金表面渗硼层生长理论模型。
 

钛合金；渗硼；生长动力学；界面结构；第一性原理计算