本课题研究了Mo、N元素在钛合金低温等离子表面合金化中的传输过程和相互影响作用,验证了钛合金表面Mo-N合金化成分及相设计的可操控性。研究表明,Mo元素在等离子体中的输运主要以原子形态存在,在经典的工艺参数范围内, 源极供给量远大于扩散进入试样的Mo原子总数,渗金属的瓶颈是固体扩散环节。影响固体扩散速度的主要因素是工件极温度,在810℃~900℃温度范围内, Mo在固体金属TC4中扩散系数为10-5~10-4μm2/s量级。Mo处于固溶体状态下与N先形成不易分解的MoN化合物,会阻碍N向内的扩散。Mo-N共渗中,Mo处于等离子体状态下,Mo、N向基体内扩散没有相互制约的影响,有利于渗层的形成。综合考虑钛合金"表面-基体"系统的整体性能,设计了最外层是化合物层、次外层是扩散过渡层这种较优的成分与相分布改性层,并采用Mo-N共渗的方案予以实现。研究论证了合金化渗层成分及相分布设计的可行性,对实现钛合金等离子体表面合金化设计具有一定的探索意义。
英文主题词surface alloying desing; titanium alloy; double glow plasma; Mo surface alloying; nitriding