钛及钛合金拥有低密度
、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，，钛及钛合金存在理论硬度低，，出格是耐磨损性较差等弊端，，严重限度了其更为辽阔的利用。因而，，理论改性是提升钛合金服役机能
、进一步扩大其利用的重要措施[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，，有必要对其进行理论改性。

理论氧化处置是一种工艺相对单一的理论改性步骤，，钛合金经氧扩散处置后，，不仅可在理论形成一薄层高耐侵蚀性氧化膜，，并且氧可在Ti 基体中形成过饱和固溶体，，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，，制约这些氧化技术的推广利用[6–8]。

热氧化是在大气环境中，，将钛及钛合金放在电阻炉中加热到肯定温度
、保温一段功夫，，使其理论形成一层致密的氧化膜，，从而改善钛及钛合金理论机能的处置步骤？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重要，，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钛合金进行理论改性，，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，，旨在获得提高理论硬度
、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
、理论硬度测试
、XRD分析
、化学侵蚀试验；；线切割成外径Φ35 mm
、厚5mm 的圆环用于摩擦磨损试验。试样首先用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 取出试样称重，，而后再放入侵蚀液中重新起头计时。凭据式（1）推算试样的侵蚀速度，，作出减重曲线。

式中，，v 为侵蚀功夫t 后试样单元面积减重，，g/m2；；Wt 为侵蚀功夫t 后试样的重量，，g；；Wo 为试样原始重量，，g；；S 为试样理论积，，m2。

选取数字式维氏硬度计（HVS—5Z）丈量试样理论硬度，，加载载荷为4.9~49 N，，保压功夫为15 s，，每种载荷在试样理论测试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，，试样理论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　理论硬度分析

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理论硬度Ｄ芄豢闯，，原始试样硬度约为224HV，，随着载荷增大，，试样理论硬度逐步降低，，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，，当温度小于800 ℃时，，试样理论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，，理论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重情况Ｄ芄豢闯，，原始样侵蚀后减重出格严重，，侵蚀10 h 后HCl 溶液由无色变为蓝色，，侵蚀减重达到了0.423 mg/cm²，，而热氧化试样在侵蚀20 h 内险些没有减重，，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，，热氧化处置后试样理论形成了氧化层，，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 后理论氧化膜起头出现白点，，HCl 溶液由无色变为浅黄色，，在35 h 后理论氧化膜起头脱落；；700 ℃热氧化试样侵蚀35 h 后理论氧化膜起头脱落；；经750 ℃和800 ℃热氧化试样在侵蚀过程中理论出现白点，，别离在40 h 和45 h 后理论氧化膜起头脱落。以上试样在原氧化膜被粉碎，，新氧化膜又来不及形成时，，侵蚀减重陡然急剧增长。只有经800 ℃热氧化试样在侵蚀45 h 后依然没有出现理论氧化膜脱落景象，，减重险些呈水平直线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 ℃热氧化试样侵蚀减重至少，，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 中理论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重Ｄ芄豢闯，，原始样磨损减重最多，，而热氧化温度在500 ℃
、800 ℃和850 ℃时试样磨损减重都降低，，当热氧化温度在600~750 ℃时磨损减重更少，，其中700 ℃热氧化试样减重至少，，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，，理论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，，试样理论硬度逐步提高；；超过800 ℃后，，随着热氧化温度升高理论硬度降低。

（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
、金属资料理论改性
、金属资料组织机能分析等。