现已发现有一种基于氧化的复式处理法,它可在Ti-6Al-4V上生成性能最佳的硬化层。这种增强/扩散氧化处理(BDO)能生成一层厚的亚表面层,以加强薄的表面耐磨损热氧化(TO)层。
该BDO工艺由Dong等人开发,它类似于钢的真空渗碳处理。将所需添加元素,这里为氧,以大的势能形成一高浓度表面层,然后在真空下将其扩散进入基体。按照此要求进行处理,生成的硬化层为准确的C形,这种硬化层用普通扩散处理是不能生成的。TO处理形成了一薄层“金红石”(与“八面石”形式相对)氧化钛(TiO2)层,并还有一窄的氧扩散区。表面层有着好的耐摩擦性,但它需要更厚些的BDO低衬层支撑,以便承受更大应力载荷。
虽然BDO工艺很好,但真空处理费用昂贵,且氧化/扩散二步处理中有明显的控制问题。即使在真空中的扩散时间固定不变,第一步中形成氧化物含量的微小变化,也会引起其最后硬度分布的显著不同。此工艺完全依赖于经验控制。另一方面,在气体扩散过程中,例如,可由氧化锆电极直接控制氧电势,从而相对简单地形成所需稳定分布曲线形状。因此发现了另一替代方法,它更类似于气体渗碳处理,将加入元素,即氧,以气体形式形成可控势能源来控制处理过程。
由于钛也与氮反应,因此必须用氩气作为载体。假如用氧/氮混合气体(空气)作为氧源,那在氧的扩散温度(约850℃)就会形成足够的氮化物它会减小氧的扩散。为了优化氧扩散层的深度和分布,氧的浓度需足够高,以产生最大扩散速率。但它不能高至形成一连续的表面氧化膜,据报道,它会阻挡扩散。
此处理应在一压力保护气氛的炉子中进行并很好地控制,它可方便地改变处理结束时的气体成分,以生成均匀的无气孔金红石层。其结果类似于TO工艺处理。这样它以一步方式进行了复式处理,更不需如BDO/TO组合处理那样的三步,从而显著节能。此工艺仅用完全惰性气体———氩气和氧气,因而十分环保,无毒气,不会引起全球温室效应。
