随着航空事业的急剧发展，新一代战机对服役机能的要求越来越高，轻量化、智能化、超机动、急剧响应等特点正在逐步成为衡量飞机整体机能的尺度和列国度战机研发的方向。。其中，钛合金作为一种比强度高、耐侵蚀、耐高温、线膨胀系数小的双相合金，在各机型上所占的比例越来越大[1]。。其中，TC4（Ti-6Al-4V）作为一种传统的双相钛合金，是目前钻研与利用最为宽泛的一种钛合金。。在室温前提下，TC4钛合金屈服比高、塑性差，且成形后回弹量较大，因而常选取高温成形的方式进行加工出产。。目前，出产上选取的TC4钛合金高温成形方式重要有：：热成形、超塑成形、超塑成形/扩散衔接以及激光成形等[2-4]，其中钛合金热成形作为一种成形效能高、适合批量工业化出产的高温成形技术，是目前发展最为成熟、利用最为宽泛的钛合金成形技术。。然而，TC4钛合金在高温成形过程中不仅会产生氧化，高浓度的氧溶化还会导致氧脆，氧元素向基体内部扩散形成脆性的富氧α层，进而对TC4钛合金零件的力学机能及服役机能产生不良影响[5]。。
目前，为预防TC4钛合金在高温成形过程中理论被严重氧化，同时增长资料在成形时的光滑性，工业出产过程中常选取在TC4板料及模具理论涂覆高温光滑剂，但关于分歧厚度的高温光滑剂对TC4钛合金在高温前提下微观组织的演变以及高温光滑剂的最佳厚度却鲜有报道。。本文通过在TC4钛合金板料理论涂覆分歧厚度的高温光滑剂，钻研分歧厚度高温光滑剂下TC4钛合金的微观组织演变，得到TC4钛合金在高温成形过程中高温光滑剂的最佳涂覆厚度，为现实出产及工艺设计提供理论凭据和科学领导。。
1、试验资料和步骤
1.1试验资料
试验选取的原资料是1.5mm厚的TC4钛合金轧制板材，热处置状态为M态，化学成分如表1所示。。板材理论及纵截面的原始微观组织如图1所示，TC4钛合金属于α+β双相钛合金，其中α相为根基相，其余部门为均匀散布的β相[6]。。
表1TC4钛合金板材的化学成分(质量分数，%)
| Al | V | Fe | Si | C | N | H | O | Ti |
| 5.5~6.8 | 3.5~4.5 | ≤0.3 | ≤0.1 | ≤0.1 | ≤0.05 | ≤0.015 | ≤0.015 | 余量 |
TC4钛合金板材热成形过程当选取的高温光滑剂为立方氮化硼（CBN），每100g氮化硼中参与100g无水乙醇和100g丙酮，选取搅拌机搅拌均匀制成悬浮液后，选取气压喷枪喷涂至试样理论。。
1.2试验步骤
选取线切割切取规格为20mm×10mm×1.5mm的试样，并对试样进行理论处置：：酸洗、无水乙醇超声洗濯、烘干。。选取超声波测厚仪（精度0.001mm）丈量TC4钛合金板材的原始厚度，为排除无意成分导致的误差，每组试样均匀拔取18个点进行厚度丈量，通过推算，原始板料的均匀厚度为（1.490±0.003）mm。。
选取气压喷枪将雾化后的氮化硼悬浮液别离喷涂至TC4板料理论，其中6张试样理论别离均匀喷涂1层、2层，直至6层，待上一层氮化硼干燥后再持续喷涂下一层。。干燥后，选取千分尺别离丈量喷涂分歧层数氮化硼板料的整体厚度。。依照HB/Z20020-2014《钛合金钣金零件热成形工艺》，将试样放入HF500T热成形机中进行高温防氧化试验，结合现实出产前提，拔取TC4钛合金在空气中的极限加热参考值，加热温度660℃、加热功夫1.0h，每组试验反复2次，以排除无意成分导致的误差。。
选取线切割步骤从高温加热后的试样上切取金相试样，将金相试样放入无水乙醇超声波洗濯仪中断根试样理论的氮化硼，打磨抛光后选取侵蚀液为氢氟酸（HF）∶硝酸（HNO3）∶水（H2O）=5∶20∶75（体积比）进行侵蚀。。
选取扫描电镜以及EDS仪别离观测喷涂分歧厚度高温光滑剂的TC4钛合金资料理论微观组织以及氧元素含量，并选取金相显微镜丈量试样纵截面产生的氧化膜厚度。。综合对比分析喷涂分歧厚度的高温光滑剂对TC4钛合金资料防氧化成效的影响法规，优选出TC4钛合金最佳的高温光滑剂喷涂厚度。。
2、了局与分析
2.1喷涂分歧层数氮化硼板料的整体厚度
高温试验后喷涂分歧层数氮化硼板料的外观状态如图2所示，其中从左至右别离为未喷涂氮化硼、喷涂1层、喷涂2层，直至喷涂6层。。从图2能够看出，随着氮化硼厚度的增长，试样理论色彩由深褐色变为深黄色，再由浅黄色变为白色。。通过超声波测厚仪丈量高温防氧化试验后板料的厚度领域如表2所示。。
表2板料的厚度领域
| 喷涂层数 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 板料厚度/mm | 1.490 | 1.498~1.501 | 1.506~1.509 | 1.514~1.517 | 1.522~1.525 | 1.530~1.533 | 1.538~1.541 |
| 氮化硼厚度/mm | 0 | 0.008~0.011 | 0.016~0.019 | 0.024~0.027 | 0.032~0.035 | 0.040~0.043 | 0.048~0.051 |
2.2微观组织及元素含量
TC4钛合金是一种α+β型的双相钛合金，而氧元素在α-Ti中的溶化度远弘远于β-Ti，在高温氧化过程中O和Ti产生反映形成氧化膜，氧原子通过氧化膜向基体资料内部扩散。。在扩散过程中，一方面α-Ti固溶大量的氧元素，另一方面β-Ti起到扩散通道的作用，使氧原子急剧向内部扩散形成富氧α层[7]。。图3和表3别离为未喷涂氮化硼板料经过高温氧化后理论的SEM组织和EDS成分分析了局。。从图3能够看出，未喷涂氮化硼的钛合金板料长功夫露出在高温环境下会在资料理论形成大量均匀散布的岛状氧化物，资料理论氧元素含量急剧增多，其重要成分为TiO2和Al2O3。。其中TiO2在高温下拥有优良的不变性，难以被分化和转化，随着温度的升高和保温功夫的耽搁，氧元素的扩散越发剧烈，不休天生新的TiO2层，使得氧化膜的厚度不休增长，较厚的氧化层会对TC4钛合金的电化学机能以及磨损机能产生严重的影响。。图4为未喷涂氮化硼板料氧化膜截面的微观组织。。从图4能够看出，在加热温度为660℃、加热功夫1.0h极限加热参考值的前提下，在资料理论形成了厚度为4.13μm的氧化膜。。当成形温度或利用温度超过600℃时，氧化行为将对钛合金的机能产生显著的影响，处于高温下的钛合金极度容易产生非；；；ば匝趸8]；；；且在高温前提下原子的扩散能力加强，资料的晶界迁徙能力得到提升，提高了晶核长大速度，与原始组织描摹相比阐发为β相晶粒发成长大。。
表3未喷涂氮化硼板料的理论元素含量(质量分数，%)
| C | O | Al | Ti | V |
| 2.01 | 29.09 | 6.88 | 58.33 | 3.69 |
图5为喷涂分歧层数氮化硼板料的SEM组织和EDS成分分析了局。。从图5能够看出，与未喷涂氮化硼的板料相比，经过高温氧化后资料理论的氧化物显著削减，且随着喷涂氮化硼厚度的增长，资料理论产生的氧化物越来越少，氧化膜致密度逐步降低。。在喷涂氮化硼层数别离为5层和6层的试样理论，氧化膜散布已相对较为稀少，批注资料理论喷涂氮化硼能够有效地预防资料被氧化，随着氮化硼厚度的增长，资料在高温前提下的抗氧化机能显著提高。。
随着TC4资料理论喷涂氮化硼厚度的变动，在经过长功夫的高温氧化后试样理论各元素的质量比产生变动，其中喷涂分歧厚度氮化硼板料理论的氧元素含量如表4所示。。从表4能够看出，在TC4资料理论别离喷涂1层到5层氮化硼时，试样理论的氧元素含量随着氮化硼厚度的增长急剧降落，在喷涂5层氮化硼时资料理论的氧元素含量为8.56wt%，在喷涂6层氮化硼时试样理论的氧元素含量无显著变动，批注氮化硼喷涂5层与6层对TC4资料的防氧化成效较为靠近，无显著区别。。
表4喷涂分歧厚度氮化硼板料的氧元素含量(质量分数，%)
| 层数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 氧元素 | 25.06 | 19.35 | 15.23 | 11.03 | 8.56 | 7.91 |
图6为喷涂分歧层数氮化硼的钛合金板料在经过高温氧化后在资料理论天生的氧化膜。。从图6能够看出，与未喷涂氮化硼的钛合金板料相比，喷涂氮化硼后资料理论产生的氧化膜厚度有效降低；；；且随着喷涂氮化硼厚度的增长，在资料理论产生的氧化膜厚度不休降低，在喷涂1层至4层氮化硼时资料理论产生的氧化膜厚度别离为3.52、2.89、1.65、0.83μm。。在喷涂5层和6层氮化硼的资料理论已经较难观测到显著的氧化膜，批注在加热温度为660℃、加热功夫为1.0h的极限加热前提下，TC4资料理论喷涂氮化硼厚度为0.040～0.043mm时，就能够有效起到防氧化成效，这一了局与SEM及EDS成分分析了局相一致。。
结合表2、4发现，在喷涂氮化硼厚度为0.008～0.040mm的领域内，对于TC4钛合金的防氧化成效与喷涂氮化硼的厚度成正比，氮化硼的厚度越厚，资料理论的氧元素含量越低，产生的氧化膜厚度越薄。。在喷涂氮化硼厚度为0.040～0.051mm，防氧化成效较为靠近，在微观尺度下已较难观测到显著的氧化膜，TC4钛合金在高温前提下最佳的氮化硼喷涂厚度为0.040mm左右。。
3、结论
（1）对于TC4钛合金，氮化硼拥有优良的防氧化成效，喷涂氮化硼的TC4钛合金试样，其防氧化成效显著优于未喷涂氮化硼的试样。。
（2）在喷涂氮化硼厚度为0.008～0.040mm的领域内，对于TC4钛合金的防氧化成效与喷涂氮化硼的厚度成正比，氮化硼的厚度越厚，资料理论的氧元素含量越低，产生的氧化膜厚度越薄。。
（3）在喷涂氮化硼厚度为0.040～0.051mm的领域内，防氧化成效较为靠近，在微观尺度下已较难观测到显著的氧化膜。。TC4钛合金在高温前提下最佳的氮化硼喷涂厚度为0.04mm左右。。
参考文件:
[1] 华如雨，徐雪峰，肖尧，等．基于模型特点优化钛合金热成形试验钻研[J]．特种铸造及有色合金，2018，38(3)：：323-326．
[2] 杨川，徐文臣，万星杰，等. TC4 钛合金薄壁高筋构件近等温铸造技术钻研[J]．塑性工程学报，2019，26(2)：：69-78．
[3] 郎利辉，刘康宁，蔡高参，等．TC4 钛合金复杂方锥形件热介质成形工艺仿真钻研[J]．航空制作技术，2013(16)：：109-112．
[4] 韩颖杰，付和国，王会东，等．含预置板的双层钛合金超塑成形 / 扩散衔接零件缺点分析及工艺改进 [J]． 塑性工程学报，2020,27(4)：：41-47．
[5] 梁锡梅，陈明和，苏楠，等．TA32 钛合金高温陆续氧化行为钻研[J]．钛工业进展，2019(36)：：12-19．
[6] 张鹏，张国栋，袁鸿，等．大厚度 Ti-6Al-4V ELI 钛合金电子束焊接头的组织及力学机能[J]．热加工工艺，2023，52(11)：：15-18．
[7] Feng S A， Zhao J H， Zhu A P．The manufacture of carbon nanotubes decorated with ZnS to enhance the ZnS photocatalytic activity[J]．New Carbon Materials，2008，23(3)：：228-234．
[8] 朱日彰，何业东，齐慧滨．高温侵蚀及耐高温侵蚀资料[M]. 上海：：上？？蒲Ъ际醭霭嫔，1995
（注，原文标题：：分歧厚度高温光滑剂下的TC4钛合金微观组织演变）
有关链接
