利用n2 气体钨极电弧焊于钛合金表面形成氮化钛层的机制及 - yoke.pdf

利用N2 氣體鎢極電弧銲於鈦合金表面形成氮化鈦層 的機制及磨耗行為研究 Formation mechanism and wear behavior of titanium nitride layer on the Ti-6Al-4V surface using a gas tungsten arc welding 1 1 林育奇 陳永傳 * Yu Chi Lin Y.C. Chen 摘 要 本研究利用 N2 氣體鎢極電弧銲，在不需 有關鈦合金的表面改質處理，例如：碳 要任何被覆粉末的條件下於鈦合金(Ti-6Al-4V) 化、氮化、硼化…等，發展至今大約有 50 年 表面，臨場合成氮化鈦(TiN)被覆層。根據氮 的歷史了(2) 。但是這些處理製程需要在高溫及 化鈦被覆層的顯微形貌及相組成分析實驗 經過長時間才能完成，而且所形成的顯微結構 等，本研究推演出氮化鈦被覆層顯微形貌的形 也較不均勻(3) 。除此之外，附帶的一些問題也 成機制。此外，實驗結果顯示，因為氮化鈦化 隨之而來，如延展性及疲勞強度的降低等(4) 。 合物存在於被覆層，不僅大幅提升鈦合金的表 其它表面改質方法如化學氣相沉積(CVD) 面硬度，更大幅提升耐磨耗能力。 及物理氣相沉積(PVD)等，這些方法所形成的 鍍層與基材的結合力較差，往往在使用的過程 關鍵字：惰性氣體鎢極電弧銲、耐磨耗、鈦合 中鍍層容易從基材上脫落(5) 。 金、氮化鈦層 近年來，鈦合金的表面改質之研究主要是 以雷射硬面被覆為主(6-9) ，其中有一些研究是 Abstract 利用氮氣來當作遮蔽氣體，企圖在鈦合金表面 In this investigation, titanium nitride (TiN) 形成較硬的氮化鈦層(10-12) 。然而，雷射硬面被 reinforcements were synthesized in situ on the 覆是一種相當昂貴的表面改質方式，而且有研 surface of Ti-6Al-4V substrate using a gas 究指出利用雷射硬面被覆在鈦合金表面所形 tungsten arc welding (GTAW) cladding process. 成的氮化鈦層容易有裂縫產生(13) 。後來，有學 The evolution of the microstructure during 者發現要減少這些裂縫的方法，必須在雷射硬 cooling was elucidated and the relationship among the wear behavior of the clad layer, 面被覆前先將基材加熱，以降低在雷射硬面被 microstructures, and microhardness was 覆過程中的溫度梯度，進而減少熱應力的殘留 (14) determined. The experimental results reveal that 。 the TiN clad layer specimen under a dry sliding 除了雷射之外，另一種能夠產生高密度熱 wear test