鈦合金表面Ni改性層韌性及耐磨性的研究.pdf

1、鈦合金在航空航天、石油化工等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用,它具有高的比強度,優(yōu)異的耐蝕性及生物相容性等一系列優(yōu)點。然而由于其硬度低、導(dǎo)熱性差的本征特性,摩擦中易發(fā)熱粘著,耐磨性差。由于大量的鈦合金零部件工作在具有摩擦和微動磨損的條件下,因此通過表面改性處理改善其摩擦學(xué)行為是必需的環(huán)節(jié)。
　　 本文采用等離子表面冶金技術(shù),以TiNi二元合金及純Ni板作為源極,在鈦合金表面通過合金化獲得TiNi合金層和Ni合金層,以提高鈦合金耐磨性。<

2、br>　　 本文系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對TiNi合金層和Ni合金層形成的影響,進而優(yōu)化了工藝,并對合金層進行表征。對TiNi合金層和Ni合金層進行了耐磨性對比,結(jié)果表明Ni合金層更具有優(yōu)勢。采用多沖實驗對比了Ni合金層及硬質(zhì)薄膜材料的結(jié)合強度及韌性。研究了Ni合金層在室溫及高溫干摩擦滑動、微動磨損條件及腐蝕磨損條件下的摩擦學(xué)性能,并與未處理的基材進行對比,討論分析了各種摩擦環(huán)境下的磨損機理。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)采用純N

3、i板作為源極時(簡稱Ni合金化)的優(yōu)化工藝參數(shù)為:保溫溫度900℃,工作氣壓45 Pa,保溫時間3 h,源極電壓600～800 V,工件電壓300～600 V,源極與陰極壓差350V～450 V。Ti6A14V合金經(jīng)過Ni等離子合金化處理后,表面粗糙度增加。合金層厚度約為50μm,Ni合金層成分呈梯度分布,表層Ni含量達90％,主要由Ti2Ni、TiNi、Ti相組成。Ni合金層表面硬度達677 HV0.025,是基體硬度的二倍。

4、　　 (2)Ni合金層相對薄膜材料具有良好的韌性,抗沖擊能力好,主要以內(nèi)聚性失效為主。
　　 (3)Ni合金層隨著載荷的增加,摩擦系數(shù)基本不變,磨損量逐漸增大。100 r/min、150 r/min及200 r/min三種轉(zhuǎn)速中,150 r/min時摩擦系數(shù)小且較平穩(wěn),200r/min時磨損量最小,磨損形式由磨粒磨損為主變成粘著磨損為主。Ni合金層與GCr15球?qū)δr的磨損機制不同于與Si3N4球和ZrO2球?qū)δァ?br>　　

5、 (4)在24℃、200℃、500℃溫度下干摩擦試驗結(jié)果表明,500℃的摩擦系數(shù)最小,200℃磨損量最小。Ti6Al4V基體在高溫磨損時,磨損機制以磨粒磨損、粘著磨損及氧化磨損為主,同時伴隨疲勞磨損。Ni合金層在500℃磨損機制主要以粘著磨損和氧化磨損為主,在200℃下磨損機制主要表現(xiàn)為少量微切削磨損和氧化磨損。
　　 (5)在微動磨損試驗中,Ni合金層的摩擦系數(shù)隨著微動頻率、位移幅值、摩擦?xí)r間的增加而增加;在PAO潤滑條件下

6、,摩擦系數(shù)明顯小于無潤滑條件。在無潤滑條件下,基體的微動磨損機制表現(xiàn)為磨粒磨損和粘著磨損,并有微動疲勞損傷的特征;Ni合金層微動磨損機制表現(xiàn)為磨粒磨損。在PAO潤滑劑存在的條件下,基體的磨損機制表現(xiàn)為磨粒磨損和粘著磨損的特征,Ni合金層磨損機制表現(xiàn)為少量磨粒磨損。
　　 (6)在3.5%NaCl溶液、5%HCl溶液及蒸餾水三種介質(zhì)中,Ni合金層試樣耐磨性均優(yōu)于基體,磨損機制為微切削磨損?；w磨損機制為磨粒磨損。三種溶液介質(zhì)對試樣