涂覆氮化硼 (BN) 涂层是强制性的界面保护步骤，因为钛合金（如 Ti-3Al-2.5V）在真空热压所需的高温下会表现出强烈的化学活性。该涂层具有双重目的：它充当惰性化学屏障，防止钛与石墨模具中的碳发生反应；同时它还起到润滑剂的作用，确保最终部件能够顺利脱模，而不会粘连或损坏表面。
如果没有这种保护性界面，钛的高反应性将导致合金发生有害的化学变化，并与模具工具发生灾难性的粘附，从而导致制造过程失败。
缓解化学反应活性
问题：钛的高活性
钛合金是化学上活泼的“吸附剂”，这意味着它们在高温下会很容易吸收周围的元素并与之反应。
石墨模具由碳组成。当热的钛粉与石墨直接接触时，会发生化学反应。
解决方案：防止碳化
BN 涂层的主要作用是作为粉末与模具壁之间的物理屏蔽层。
通过阻止直接接触，涂层可防止碳原子扩散到钛基体中。这有效地阻止了“碳化”，这是一种会损害合金材料性能的缺陷。
增强机械工艺控制
促进顺利脱模
真空热压施加显著的轴向压力来致密化粉末。如果没有脱模剂，钛部件会与石墨壁熔合或机械粘附。
氮化硼充当高温脱模剂。这使得烧结后的样品能够顺利弹出（脱模），防止在取出过程中出现表面撕裂或开裂。
减少壁面摩擦
虽然主要参考资料强调化学隔离，但补充信息表明 BN 还可作为高温润滑剂。
粉末与模具壁之间的摩擦会导致压力分布不均。通过减少这种摩擦，涂层有助于最小化密度梯度，从而有助于最终零件获得更均匀的内部结构。
了解权衡
应用不一致的风险
该工艺的有效性完全取决于涂层的完整性。
如果 BN 层施加不均匀或太薄，可能会出现“击穿”点，导致钛与石墨接触。这会导致局部碳化和粘附点，即使在真空环境下也可能毁掉整个部件。
平衡润滑与污染
虽然与碳相比，BN 相对于钛通常是惰性的，但它仍然是引入加工环境的异物。
必须小心确保涂层不会大量剥落，并被困在金属粉末基体中作为夹杂物，这可能会在最终致密的合金中引入缺陷。
为您的项目做出正确选择
为了最大化您的 Ti-3Al-2.5V 部件的质量，在准备模具时请考虑以下优先事项：
- 如果您的主要关注点是材料纯度：确保 BN 涂层连续且完整地施加，以绝对防止碳扩散和表面碳化。
- 如果您的主要关注点是几何完整性：优先考虑均匀的涂层厚度以最小化壁面摩擦，确保零件在弹出时不会粘连、开裂或翘曲。
氮化硼的应用不仅仅是一个预防步骤；它是保持在石墨工具中加工的钛合金的化学和结构完整性的基本先决条件。
总结表：
| 功能 | 益处 | 对 Ti-3Al-2.5V 合金的影响 |
|---|---|---|
| 化学屏障 | 防止碳化 | 保持材料纯度并防止脆性碳扩散 |
| 脱模剂 | 促进脱模 | 防止表面撕裂、开裂和模具粘附 |
| 润滑 | 减少壁面摩擦 | 最小化密度梯度，获得更均匀的结构 |
| 工艺安全 | 物理屏蔽 | 保护石墨模具寿命和部件完整性 |
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参考文献
- L. Bolzoni, E. Gordo. Influence of vacuum hot-pressing temperature on the microstructure and mechanical properties of Ti–3Al–2.5V alloy obtained by blended elemental and master alloy addition powders. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.10.010
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
