钛脊合金拥有低密度、优良的耐侵蚀能力、高比强度以及优异的生物相容性，在航空航天、生物医用植入件等领域得到宽泛利用。然而，钛脊合金存在表表硬度低，出格是耐磨损性较差等弊端，严沉限度了其更为辽阔的利用。因而，表表改性是提升钛合金服役机能、进一步扩大其利用的沉要措施[1–3]。

TA18钛合金名义成分为Ti–3Al–2.5V，是一种近α型钛合金，该合金具备的优势是室和善高温下强度比纯钛高20%~50%，焊接机能和冷成形机能优于常用TC4钛合金。因而，TA18 钛合金已在军用、民用多种飞机零部件和医用植入件等领域得到利用。为提高TA18钛合金服役机能，有必要对其进行表表改性。

表表氧化处置是一种工艺相对单一的表表改性步骤，钛合金经氧扩散处置后，不仅可在表表形成一薄层高耐侵蚀性氧化膜，并且氧可在Ti 基体中形成过鼓和固溶体，从而提高其表层硬度[4–5]。常用的化学氧化、电化学氧化和微弧氧化都存在工艺复杂、环保不达标难题，造约这些氧化技术的推广利用[6–8]。

热氧化是在大气环境中，将钛脊合金放在电阻炉中加热到肯定温度、保温一段功夫，使其表表形成一层致密的氧化膜，从而改善钛脊合金表表机能的处置步骤
？杉，热氧化法拥有工艺单一便捷、无传染、成本低[9–11] 的显著利益。但热氧化工艺选择极度沉要，工艺选择不合理时，不仅达不到改善钛合金机能的成效，还可能起到负面成效。

本钻研选取热氧化法对TA18钛合金进行表表改性，基于热氧化功夫对改性成效影响及工艺效能思考，选择系统的热氧化功夫为210 min，索求热氧化温度对TA18 钛合金表层改性成效的影响，旨在获得提高表表硬度、摩擦磨损性及抗侵蚀性的热氧化温度，从而为TA18 钛合金现实利用当选择热氧化工艺前提提供领导，达到进一步扩大钛合金利用领域的有益成效。

1、试验及步骤

试验所用资料是经真空自耗电弧炉（VAR）熔炼、铸造后获得TA18钛合金棒材，再经线切割成规格为10mm×10 mm×5 mm，用于组织观察、表表硬度测试、XRD分析、化学侵蚀试验
；线切割成表径Φ35 mm、厚5mm 的圆环用于摩擦磨损试验。试样首吓酌150 目和400 主张AlCr₂O₃砂纸及1~5# 的SiC 砂纸打磨，再用Cr₂O₃抛光后用蒸馏水和无水乙醇超声波洗濯，吹干待用。

TA18 钛合金热氧化处置过程如下：将筹备好的试块放入箱式电阻炉底板上，随炉加热，升温速度为15 ℃/min，当炉温达到设定温度（500~850 ℃）后，起头推算保温功夫，保温功夫设定为210min。用X 射线衍射仪对试样进行物相分析，该衍射仪使用Cu–Kα 射线，扫描速度为0.2°/s，2θ 领域选择20°~90°。用浸入法评价TA18 钛合金试样热氧化前后

在36%~38%（质量分数）HCl（室温）中的耐侵蚀机能，每隔5 h 取出试样称沉，而后再放入侵蚀液中沉新起头计时。凭据式（1）推算试样的侵蚀速度，作出减沉曲线。

式中，v 为侵蚀功夫t 后试样单元面积减沉，g/m2
；Wt 为侵蚀功夫t 后试样的沉量，g
；Wo 为试样原始沉量，g
；S 为试样表表积，m2。

选取数字式维氏硬度计（HVS—5Z）丈量试样表表硬度，加载载荷为4.9~49 N，保压功夫为15 s，每种载荷在试样表表测试6~8 个点，以保障试样硬度测试值的靠得住性
；选取全能摩擦磨损试验机调查试样的耐磨损性，销盘摩擦副偶件选取淬回火态45 钢，硬度为HRC40，载荷p=15 N，转速n=30 r/min，功夫t=180 min，温度为 室温（25±2）℃。

2、了局与会商

2.1　金相组织观察

图1 为TA18 钛合金原始及分歧温度热氧化后金相组织
Ｄ芄豢闯，分歧温度热氧化后基体组织没有产生变动，由于TA18 为近α 型钛合金，其相变点在900 ℃左右，850 ℃以下热氧化时，TA18 钛合金不产生相变。

2.2　物相分析

图2 是TA18 钛合金经分歧温度（500~850 ℃）热氧化前后XRD 衍射谱
Ｄ芄豢闯，原始样、500 ℃和600 ℃热氧化样的衍射峰均为近α–Ti，注明温度低于600 ℃时，热氧化 形成的氧化膜很薄。当热氧化温度升高到700 ℃时，起头出现金红石型TiO₂ 衍射峰，且随热氧化温度升高，TiO₂ 衍射强度逐步加强，基体衍射强度逐步减弱
； 800 ℃以上温度热氧化，基体衍射峰隐没，并逐步出现少量Al₂O₃  
； 850 ℃热氧化时Al₂O₃ 衍射峰已比力显著。由此可见，800 ℃以下热氧化时，试样表表形成的氧化膜重要为TiO₂
；当温度超过800 ℃热氧化时，氧化膜由TiO₂ 和少量Al₂O₃ 组成。

2.3　表表硬度分析

图3 为TA18 钛合金试样经分歧温度（500~850 ℃）热氧化后，在分歧载荷下测试的表表硬度
Ｄ芄豢闯，原始试样硬度约为224HV，随着载荷增大，试样表表硬度逐步降低，由于载荷越大硬度测试仪的压头压入试样越深，表此刻硬度上则是硬度值呈递减景象。在统一载荷下，当温度幼于800 ℃时，试样表表硬度随温度的增长起头缓慢升高，700~800 ℃之间急剧升高，原因是该温度领域氧化速度急剧增长，氧化膜急剧增厚
；在800 ℃时达到最大值（860HV）。当温度超过800 ℃时，随热氧化温度升高，表表硬度降落的原因可能是氧化膜中形成了硬度低于TiO₂ 的少量Al₂O₃，如图2 所示。同时，高温使氧化膜致密度降落。

2.4　侵蚀性分析

图4 是TA18 钛合金原始样和经分歧温度热氧化试样在36%~38%（质量分数）HCl 溶液中浸泡分歧功夫后的侵蚀减沉情况
Ｄ芄豢闯，原始样侵蚀后减沉出格严沉，侵蚀10 h 后HCl 溶液由无色变为蓝色，侵蚀减沉达到了0.423 mg/cm²，而热氧化试样在侵蚀20 h 内险些没有减沉，这注明热氧化能显著提高TA18 钛合金的耐侵蚀性。由前面的分析可知，热氧化处置后试样表表形成了氧化层，这层氧化膜比TA18 钛合金基体拥有越发良好的耐盐酸侵蚀性。

同时发现，分歧温度热氧化对试样侵蚀影响很大。

600 ℃热氧化试样在侵蚀25 h 后表表氧化膜起头出现白点，HCl 溶液由无色变为浅黄色，在35 h 后表表氧化膜起头脱落
；700 ℃热氧化试样侵蚀35 h 后表表氧化膜起头脱落
；经750 ℃和800 ℃热氧化试样在侵蚀过程中表表出现白点，别离在40 h 和45 h 后表表氧化膜起头脱落。以上试样在原氧化膜被粉碎，新氧化膜又来不及形成时，侵蚀减沉陡然急剧增长。只有经800 ℃热氧化试样在侵蚀45 h 后依然没有出现表表氧化膜脱落景象，减沉险些呈水平直线
Ｄ芄豢闯，随着热氧化温度升高，耐HCl 侵蚀机能逐步提高，超过800 ℃后侵蚀机能又有所降落，即800 ℃热氧化试样侵蚀减沉至少，可能原因是超过800 ℃热氧化时，所形成的氧化膜不够致密，导致耐蚀性出现降落，该了局与图3 中表表硬度随热氧化温度的变动法规一致。因而，800 ℃是提高TA18 在36%~38%（质量分数）HCl 溶液中侵蚀机能的最佳热氧化温度。

2.5　摩擦磨损机能分析

图5 是TA18 钛合金经分歧温度热氧化后试样与原始试样磨损减沉
Ｄ芄豢闯，原始样磨损减沉最多，而热氧化温度在500 ℃、800 ℃和850 ℃时试样磨损减沉都降低，当热氧化温度在600~750 ℃时磨损减沉更少，其中700 ℃热氧化试样减沉至少，靠近0
？赡茉蚴撬嫒妊趸露壬，一方面氧化膜增厚，另一方面氧化膜逐步疏松，综合两方面的成分，700 ℃热氧化形成的氧化膜拥有厚度和致密性最佳组合，从而获得最优耐磨性。

3、结论

（1）500~850 ℃热氧化后TA18 钛合金基体组织不变，表表形成了重要由金红石型TiO₂ 组成的氧化层
；热氧化温度超过800 ℃时，氧化膜中形成少量Al₂O₃。

（2）在500~800 ℃之间，随着热氧化温度升高，试样表表硬度逐步提高
；超过800 ℃后，随着热氧化温度升高表表硬度降低。

（3）热氧化能提高TA18 钛合金的耐侵蚀机能，800 ℃是提高TA18 钛合金在36%~38% HCl 溶液中耐侵蚀机能的最佳热氧化温度。

（4）热氧化法可改善TA18 钛合金磨损机能，700 ℃是改善TA18 钛合金磨损机能的最佳热氧化温度。

参 考 文 献

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通讯作者：胡静，教授，博士，钻研方向为金属资料热处置、金属资料表表改性、金属资料组织机能分析等。