钛及钛合金渗硼的研究现状与反应机理
钢铁材料渗硼工艺研究现状
二、材料与方法
1、试验材料
本实验采用纯铁粉和硼酸作为主要原料，制备铁基粉末冶金材料，并通过渗 硼工艺进行处理。
2、试验方法
（1）粉末制备：将纯铁粉和硼酸按照一定比例混合，在研磨机中进行研磨， 获得均匀的混合粉末。（2）压制：将混合粉末放入模具中进行压制，获得所需 形状和尺寸的生坯。（3）烧结：将生坯放入烧结炉中进行烧结，获得致密的铁 基粉末冶金材料。（4）渗硼处理：将烧结后的材料进行渗硼处理，获得具有优 异性能的铁基粉末冶金材料。
不同钢铁材料的成分、结构和性能差异较大，因此选择与改性也是当前研究 的重点之一。研究者们通过对不同钢究了Q235钢和45#钢在不同渗硼工艺下的 性能变化，发现Q235钢在较低的工艺条件下即可获得较好的性能改善效果；而 45#钢则需要较高的工艺条件方能实现较好的性能改善效果。
研究方法
本次演示采用文献调研、实验研究和统计分析的方法，对钢铁材料渗硼工艺 进行研究。首先，通过查阅相关文献和资料，了解钢铁材料渗硼工艺的基本原理、 不同方法及其优缺点。其次，结合实验研究，分析不同渗硼工艺对钢铁材料性能 的影响及其作用机制。最后，对文献资料进行统计分析，总结钢铁材料渗硼工艺 的研究现状和发展趋势。
四、结论
本次演示对铁基粉末冶金材料的烧结渗硼工艺及组织、性能进行了研究。通 过调整工艺参数和采用适当的保护气氛，可以获得具有优异性能的铁基粉末冶金 材料。同时，渗硼处理可以提高材料的硬度和耐磨性，从而满足各种复杂应用场 景的需求。
五、展望与建议
本次演示的研究为铁基粉末冶金材料的制备和优化提供了有益的参考。然而， 仍有许多方面需要进一步研究和改进。以下是针对未来研究和实际应用的一些建 议：
研究现状
渗硼工艺是一种通过化学或物理方法将硼元素渗入钢铁材料表面，以改善其 性能的工艺。根据不同的渗硼方法，可分为固体渗硼、液体渗硼和气体渗硼。
氧化钇对TC4_钛合金表面包埋渗硼的影响
第52卷第8期表面技术2023年8月SURFACE TECHNOLOGY·451·氧化钇对TC4钛合金表面包埋渗硼的影响韩宾龙，田晓东，卢鹏军，祁贤（长安大学 材料科学与工程学院 交通铺面材料教育部工程研究中心，西安 710064）摘要：目的加快TC4钛合金表面固体渗硼时渗层的生长，研究渗剂中添加Y2O3对渗硼的影响。
方法采用固体粉末包埋渗法对TC4基材进行1 050 ℃/8 h渗硼，包括渗剂中不添加Y2O3以及渗剂中分别添加质量分数为1%、3%、5%、7%Y2O3的试验研究。
通过扫描电子显微镜、能谱仪、波谱仪和X射线衍射仪分析渗硼样品的截面形貌、元素含量和表面物相，并测量渗硼样品的表面硬度和摩擦系数。
结果在渗剂中加入1%~7%的Y2O3，渗硼层结构与未添加氧化钇渗剂形成的相同，由致密连续的TiB2层和TiB 晶须扩散层组成。
Y2O3促进渗层生长的作用与其添加量密切相关。
渗剂中加入1%~3%的Y2O3有促进渗硼层生长的作用，且加入3%的Y2O3时，催渗效果最佳，可使渗硼层厚度增加40.24%，但加入5%~7%的Y2O3时反而会抑制渗硼层的生长。
能谱分析表明，Y原子能够扩散到渗硼层内，且渗硼层中存在原子数分数为0.01%~0.34%的微量Y元素，其随渗剂中Y2O3含量的增加而增加。
热力学分析发现，Y2O3参与渗剂反应形成活性Y原子而渗入基体。
向渗硼试剂中加入3%的Y2O3，样品的表面硬度较未添加Y2O3时提高35.54%，摩擦系数较未添加Y2O3时降低28.57%。
结论向渗硼试剂中加入适量氧化钇，是获得TC4合金表面高渗速、高硬度和低摩擦系数渗硼层的一种有效方法。
关键词：渗硼；包埋渗；氧化钇；催渗中图分类号：TG156.8+7文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)08-0451-07DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.08.041Effects of Y2O3 on Pack Boronizing of TC4 Titanium AlloyHAN Bin-long, TIAN Xiao-dong, LU Peng-jun, QI Xian(Engineering Research Center of Transportation Materials of Ministry of Education,School of Materials Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China)ABSTRACT: In order to accelerate the growth of the boronizing layer on TC4 titanium alloy prepared through pack cementation process, the effects of adding Y2O3 into the pack mixture were investigated. The TC4 matrix was boronized at1 050 ℃for 8 h with the pack mixtures composed of NaF, B and Al2O3 powders with Y2O3 free and Y2O3 addition of 1, 3, 5收稿日期：2022-08-04；修订日期：2023-02-08Received：2022-08-04；Revised：2023-02-08基金项目：大学生创新创业训练项目（X202210710586）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金（300102311403）Fund：The Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students (X202210710586); Fundamental Research Funds for the Central Universities, CHD (300102311403)作者简介：韩宾龙（1997—），男，硕士研究生，主要研究方向为材料表面改性。
国内外钛合金研究及应用现状
国内外钛合金研究及应用现状作者：江洪张晓丹来源：《新材料产业》2017年第03期一、国内外钛合金发展概况钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。
在近代工业中，钛合金以其优良的高强度、耐蚀性及耐热性等特点已成为高性能结构件的首选材料。
此外，钛具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域。
目前，已有上百种钛合金问世，其中最著名的合金有20～30种。
钛合金可以分为α合金、（α+β）合金、β合金及金属间化物钛合金。
近年来，新型钛合金主要有4种类型：高温钛合金、高强高韧β型钛合金、钛铝基合金及其复合材料与阻燃钛合金。
我国于1956年开始钛及其合金的研究，60年代中期开始钛材的工业化生产。
常见的钛合金为铸造钛合金及变形钛合金。
二、钛合金生产技术的发展现状钛合金生产技术关系着钛合金的质量。
钛合金熔炼、铸造、成型等技术在近年来得到了极大的发展。
1.钛和钛合金的熔炼技术钛及钛合金的熔炼主要分为2类：真空自耗和真空非自耗熔炼，见表1。
在钛和钛合金的工业化生产中，最常用的技术是真空自耗电弧熔炼（Vacuum arc remelting，VAR）和冷床炉熔炼。
VAR技术在钛合金熔炼中可以细化铸锭组织，提高产品的纯净度。
该技术在近年来的主要发展表现在以下几个方面：①全自动VAR重溶工艺。
先进的计算机技术的发展也应用到VAR工艺中，自动电控盒数据收集系统可以为特定的铸锭和合金建立优良的熔炼模式。
除此之外，还可以分析熔炼过程出现的问题，提高金属成品率。
②铸锭尺寸大型化。
大型VAR炉可熔炼质量达30t的钛铸锭，国外熔钛用真空自耗电弧炉吨位大多为8～15t，我国近年来也实现了8～15t熔钛吨位。
③供电方式采用了同轴型供电方式，可以抵消磁场，防止产生偏析。
④数值模拟技术的发展。
国内外学者利用数值模拟方法研究VAR工艺取得一定的进展[1]。
国内学者探索了铸锭温度场的分布规律并建立了预测凝固组织形貌、铸锭成分及缺陷分布的模型。
我国自主研发钛合金现状与进展
我国自主研发钛合金现状与进展一、本文概述随着科技的不断进步和国防建设的深入发展，钛合金作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的新型金属材料，在航空、航天、船舶、化工等领域的应用越来越广泛。
钛合金的研发和应用水平已成为衡量一个国家科技实力和工业能力的重要标志之一。
我国作为全球最大的钛合金生产和消费国，自主研发钛合金材料的现状与进展对于提升我国钛合金产业的国际竞争力、推动相关产业的技术升级和转型升级具有重要意义。
本文旨在全面梳理和总结我国自主研发钛合金材料的现状与进展，通过对钛合金材料的种类、性能、制备工艺等方面的介绍，展示我国钛合金研究的最新成果和应用情况。
本文还将探讨我国钛合金研发面临的主要问题和挑战，并提出相应的对策和建议，以期为我国钛合金产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。
在编写过程中，我们将充分参考国内外相关文献和资料，结合我国钛合金产业的实际情况，力求做到内容全面、数据准确、分析深入。
希望本文能够为我国钛合金材料的研究、开发和应用提供有益的参考和启示，为推动我国钛合金产业的创新发展和国际竞争力的提升做出积极贡献。
二、我国自主研发钛合金的历史回顾自上世纪五十年代以来，我国就开始了对钛合金的初步探索和研究。
早期，钛合金的研究主要集中在军事和航空领域，以满足国防建设和高端装备的需求。
在这一阶段，虽然面临着技术封锁和国际压力，但我国科学家和工程师们凭借坚定的意志和不懈的努力，逐步突破了钛合金制备和加工的技术瓶颈。
进入二十一世纪，随着我国经济的快速发展和综合国力的提升，钛合金的研发和应用迎来了新的发展机遇。
国内多家科研机构和高校开始系统研究钛合金的成分设计、制备工艺、性能优化等方面的问题，取得了一系列重要成果。
同时，国家也加大了对钛合金产业的扶持力度，推动了钛合金在航空、航天、船舶、能源等领域的广泛应用。
近年来，我国自主研发钛合金的步伐进一步加快。
不仅成功开发出多种高性能钛合金材料，而且在钛合金的制备技术、加工工艺和应用领域方面取得了显著进展。
硼对 Ti－1023合金组织与性能的影响
硼对 Ti－1023合金组织与性能的影响孟瑶;黄利军;张明杰;张文强【摘要】采用真空自耗电弧炉熔炼添加硼元素的Ti－1023合金铸锭，对其进行一定的变形得到锻造棒材。
利用金相显微镜、电子探针、万能材料试验机等设备对其进行宏观、微观组织及性能分析，研究硼元素对铸态与锻态Ti－1023合金组织与性能的影响。
研究发现，硼元素作为一种高效的细化剂，能显著细化Ti－1023合金的铸态组织。
硼化物倾向于以链状析出，对合金进行充分变形，能使硼化物充分破碎。
微量的硼可以显著提高钛合金的强度，当硼含量在0．1％～0．2％（质量分数）时， Ti－1023合金的抗拉强度与屈服强度变化不大，但是塑性下降明显。
为了得到良好的强度－塑性匹配，最佳硼添加量不应大于0．1％。
%Experimental ingots of Ti-1023 alloy with boron which were obtained by vacuum consumable arc melting furnace were forged into bars .Metallographic microscope , electron probe and mechanical tests were used to analyze macro and micro structure and performance .This paper studied the effect of boron on the microstructure and properties of Ti-1023 alloy as cast and forged .It is found that the boron as a highly effective element can significantly refine the grain size of Ti-1023 cast alloy .Borides tend to precipitate in chain shape and sufficient deformation can make TiB fully broken .Trace amount of boron can significantly increase the strength of titanium alloy and when the content of boron is between 0.1%and 0.2%( w/%) , the tensile and yield strength are barely changed while plasticity decreases signifi-cantly.To get excellent strengthand plasticity match , the best boron addition amount should not be more than 0.1%.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2016(033)004【总页数】5页(P26-30)【关键词】β钛合金;Ti-1023;硼;组织与性能【作者】孟瑶;黄利军;张明杰;张文强【作者单位】北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京100095;北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+3钛合金具有比强度高、耐蚀性好等优点，在航空、船舶等领域的应用逐步扩大[1-2]。
钛及钛合金渗硼方法
材料表面工程
学 老 生：X 师：X X X X X
渗硼
1. 一种化学热处理工艺，也称为“硼化”。 2. 将金属工件放在一定温度的含硼介质 (例如硼粉或硼铁合金粉) 中 加热或电解 (用熔融硼砂作为电解液) ，产生活性硼原子渗入工件表 面，以提高表面硬度和耐磨性，并改善耐热性和耐蚀性。 3. 渗硼方法有固体渗硼、液体（盐浴渗硼）和气体渗硼之分，
前两种方 法应用较多。
钛及钛合金表面渗硼研究意义
1. 钛及钛合金比强度高、耐蚀性能好，但硬度低耐磨性能差，表 面强化技术，在钛及钛合金表面形成硼化物硬质相，可以有效提 高其表面硬度和耐磨性。 2. 钛合金渗硼后渗层是TiB2，具有极高的硬度( 3400HV) 优异的 耐磨性能、低电阻率( 15 × 10 － 6Ω ·cm) 以及良好的导热性能等 特性， 较其他方法有明显优势。
熔盐浸渍法渗硼
液体（盐浴）渗硼 熔盐电解法渗硼
熔盐浸渍法渗硼
1. 将钛浸入由硼酸、硼酸钾、碳酸钾和镁组成的混合熔盐， 在 750～950 ℃下加热一段时间，即可达到渗硼的目的。 2. 在处理过程中，镁使硼还原析出。为防止钛的氧化，熔
盐表面应用氢气等惰性气体进行保护。
3. 同固体法渗硼一样，钛的表层会生成带状的硼化物，但 这种方法生成的TiB2 渗硼层表面硬度仅为 1500 HV 左右。 其原因可能为熔盐中发生副反应导致渗硼层相成分复杂、 结构疏松、表面硬度降低。同时，熔盐的黏度高，处理
后零件表面附着的熔盐难以去除。
4. 针对熔盐浸渍法的缺陷发展了熔盐电解法。
谢
谢
粉末法渗硼 钛及钛合金固体渗硼法
渗硼剂配方易于调整 设备简单， 工艺操作方便
膏剂法渗硼
钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析
1. 钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。
钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。
1.1. 钛在化工等部门的应用钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于它对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。
金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。
因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。
但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时，则钛在这种介质中便会受到腐蚀。
例如，钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。
如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定属于增加。
1.2. 化学工业钛在各种酸、碱、盐介质中，除上述四种无机酸和腐蚀性很强的氯化铝外，都具有很好的稳定性。
所以，钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料，得到了越来越广泛的应用。
例如，在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器，收到很好的经济效果，被誉为氯碱工业中的一大革命。
1.3. 石油工业钛在有机化合物中，除了温度较高下的五种有机酸(甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸)外，都具有非常好的稳定性。
因此，钛是石油炼制和石油化工中优良的结构材料，可以用来制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等。
三．冶金工业钛属活性金属，具有良好的吸气性能，是炼钢工业中优良的脱气剂，它能化合钢在冷却时析出的氧和氮。
在钢中加入少量的钛(<0.1%)可使钢坚韧而富有弹性。
钛也是炼钢，炼铝等工业中重要的合金添加剂。
钛具有超导性，是一种常见的超导材料。
另外，钛在含有金属离子的酸性溶液中具有很好的稳定性，因此钛在湿法冶金工业中，如铜、镍、钴、锰等有色金属的电解生产中，有着十分广泛的应用。
渗硼钛合金的摩擦和磨损性能
渗硼钛合金的摩擦和磨损性能Erdem Atar a, E. Sabri Kayali b, Huseyin Cimenoglu b，*a Gebze Institute of Technology, Department of Materials Science and Engineering, 41400 Gebze, Kocaeli, Turkeyb Istanbul Technical University, Department of Metallurgy and Materials Engineering, 34469 Maslak, Istanbul, TurkeyReceived 16 November 2007; accepted in revised form 12 March 2008 Available online 20 March 2008.摘要和TiB相组成的这项研究利用固体渗硼技术在钛合金表面形成一层由TiB210微米厚的均匀的硼化物层。
合金表面硬度超过2000HV。
过渡层厚度约为50微米。
该BDZ的微观结构由混合了基体金属的TiB晶须组成。
在该BDZ中，硬度随TiB体积分数的降低而减小。
与基体相比，该合金在干燥和涂片润滑条件下在与蓝宝石对磨时表现出优良的耐磨性和低的摩擦系数。
关键字渗硼; 润滑; 钛; Ti6Al4V; 耐磨。
1.介绍在钛合金中，Ti6Al4V应用最为广泛，在1950年代初首次介绍而广为人知。
现在,它被广泛用于汽车、航空航天、化工、海洋和生物医学产业由于其优秀的力学性能组合,包括改进的静态和动态的强度、断裂韧性以及低密度和良好的耐腐蚀性能。
Ti6Al4VTi6Al4V合金覆盖钛占世界总产量的50%左右,可是由于钛固有的极差的摩擦性质,限制了它的使用特别是在磨擦磨损相关工程应用方面。
而表面改性似乎是提高钛合金[1-5]的摩擦学性能的有效方式。
许多已经出版的文章注重通过沉积和表面扩散改性技术来保护钛合金的磨损性能。