TA15和TA2鈦合金富氧α層生成機制

于 浩， 張曉清， 吳 睿， 劉 勇， 侯麗華， 周 易， 宋體杰

(1. 沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司 理化測試中心，沈陽110850;2. 哈爾濱工業(yè)大學 材料科學與工程學院，哈爾濱150001)

鈦合金是一種重要的航空航天結構材料。鈦合金零部件通常需要進行高溫熱加工或熱處理。在熱加工或熱處理過程中，鈦合金表面會吸附氣氛中的氧形成富氧α 層。富氧α 層的存在通常不利于鈦合金的使用，縮短合金的使用壽命。已有研究表明富氧α 層的存在會嚴重降低TC4 鈦合金螺栓的應力承載能力，更易導致材料斷裂［1］。

對鈦合金富氧α 層的形成和控制可提高合金的使用效率，目前有研究表明在零件表面制備抗氧化涂層可對高溫氧化環(huán)境中服役的鈦合金零部件起到有效的防護效果［2，3］。但制備涂層過程中應注意鈦合金表面吸氧而形成富氧α 層［4］。當前絕大部分鈦合金零部件的生產(chǎn)工藝未考慮控制富氧α 層的生成，而是采取機械加工或化學切銑的方法去除生成的α 層。同時國外的研究表明，采取短脈沖激光去皮的方法可去除鈦合金表面的富氧α 層［5］。目前國內檢測鈦合金富氧α 層的方法主要有金相法和硬度法［6，7］。關于鈦合金富氧α 層生成的研究主要集中在氧化物數(shù)量及其對表面性能的影響［8～11］和吸氧后的氧化增重［12］等方面，對于鈦合金富氧α 層生成的原因、不同合金類型富氧α 層生成的難易程度、富氧α 層的厚度預測等研究較少，而富氧α 層形成的原因、增厚的速率以及行之有效的檢測手段則是解決實際工業(yè)問題急需的理論基礎研究［13，14］，因此有必要研究富氧α 層的生成動力學和熱力學，了解其生成的控制因素、厚度增長速率等問題，建立富氧α 層生成曲線。……